Java 常量池详解之字符串常量池实现代码

在Java的内存分配中，总共3种常量池：

Java 常量池详解（二）class文件常量池 和 Java 常量池详解（三）class运行时常量池

1.字符串常量池(String Constant Pool）

在JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区, 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代
在JDK1.7 字符串常量池被从方法区拿到了堆中, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是hotspot中的永久代
在JDK1.8 hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候字符串常量池还在堆, 运行时常量池还在方法区, 只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace)

1.1:字符串常量池在Java内存区域的哪个位置？

• 在JDK6.0及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen区(也就是方法区)中；

• 在JDK7.0版本，字符串常量池被移到了堆中了。至于为什么移到堆内，大概是由于方法区的内存空间太小了。

• （堆内是可以进行回收的，然后方法区也是能回收的，但是本身区域内存比较少，如果用的字符串常量太多了，也会抛java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace 异常）

1.2:字符串常量池是什么？

• 在HotSpot VM里实现的string pool功能的是一个StringTable类，它是一个Hash表，默认值大小长度是1009；这个StringTable在每个HotSpot VM的实例只有一份，被所有的类共享。字符串常量由一个一个字符组成，放在了StringTable上。

• 在JDK6.0中，StringTable的长度是固定的，长度就是1009，因此如果放入String Pool中的String非常多，就会造成hash冲突，导致链表过长，当调用String#intern()时会需要到链表上一个一个找，从而导致性能大幅度下降；

• 在JDK7.0中，StringTable的长度可以通过参数指定：

-XX:StringTableSize=66666`

1.3 字符串常量池生成的时机？

String a = "a";

全局字符串池里的内容是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的引用值存到string pool中（记住：string pool中存的是引用值而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的）

如何将String对象放入到常量池

• “abc” 双引号String 对象会自动放入常量池

• 调用String的intern 方法也会将对象放入到常量池中

String 对象代码案例解析

public static void main(String[] args) {
   String a = "a";
   String b = "b";
   String c = "a" + "b";
   //生成两个对象 一个"ab" ，一个新的String 对象value 值是ab
   //public String(String original) {
   //   this.value = original.value;
   //   this.hash = original.hash;
   //}
   String d = new String("ab");

String e = a + "b";
   String f = a + b;
   String g = "ab";

System.out.println(e == c);
  System.out.println(c == d);
  System.out.println(f == c);
  System.out.println(g == c);

String e1 = e.intern();
  String c2 = c.intern();
  System.out.println(e1 == c2);
  System.out.println(e1 == c);
}

//运行结果
false
false
false
true
true
true

String c =“a” + “b” 和String c = “a” + b （String b= “b”）的区别

String b = "b";
String c = "a" + "b"; 等价于 String c ="ab"
String c1 = "a" + b;

// java 反编译的结果  
0 ldc #3 <b> //load constant  加载常量 "b"
2 astore_1   // 存入变量1中
3 ldc #4 <ab> //自动识别了
5 astore_2
6 new #7 <java/lang/StringBuilder>
9 dup
10 invokespecial #8 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 ldc #2 <a>
15 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
18 aload_1
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #10 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_3
26 return

(1) &ldquo;a&rdquo;+&ldquo;b&rdquo; 编译器自动识别了变成了 &ldquo;ab&rdquo; => 3 ldc #4
(2) &ldquo;a&rdquo; + b（变量）

• 先new 了StringBuilder 对象，并初始化init

• 然后bulider.append(&ldquo;a&rdquo;)

• 从变量1（b）中取出值"b"

• 然后执行了bulider.append(&ldquo;b&rdquo;)

• 最后执行了builder.toString() 方法 给变量3（ c1）进行赋值

new string(&ldquo;abc&rdquo;)创建了几个对象

答案：是两个 ，new string(xxxx)方法，xxxx传入的是String对象。说明xxxx也是String对象。

public String(String original) {
       this.value = original.value;
       this.hash = original.hash;
   }

String 是一个final 类型对象是不会变化的，如果发生变化，说明其实是新的对象。

public final class String

解析public native String intern() 方法

如果常量池中存在当前字符串, 就会直接返回当前字符串. 如果常量池中没有此字符串, 会将此字符串放入常量池中后, 再返回

native实现代码:

\openjdk7\jdk\src\share\native\java\lang\String.c

Java_java_lang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this)
{
   return JVM_InternString(env, this);
}

\openjdk7\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.h

JNIEXPORT jstring JNICALL
JVM_InternString(JNIEnv *env, jstring str);

\openjdk7\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp

JVM_ENTRY(jstring, JVM_InternString(JNIEnv *env, jstring str))
 JVMWrapper("JVM_InternString");
 JvmtiVMObjectAllocEventCollector oam;
 if (str == NULL) return NULL;
 oop string = JNIHandles::resolve_non_null(str);
 //调用StringTable::intern 方法
 oop result = StringTable::intern(string, CHECK_NULL);
 return (jstring) JNIHandles::make_local(env, result);
JVM_END

\openjdk7\hotspot\src\share\vm\classfile\symbolTable.cpp

oop StringTable::intern(Handle string_or_null, jchar* name, int len, TRAPS) {
 //根据名字找到对应hash下标
 unsigned int hashValue = java_lang_String::hash_string(name, len);
 int index = the_table()->hash_to_index(hashValue);
 //顺着对应的链表查找对应的值
   oop string = the_table()->lookup(index, name, len, hashValue);
 // Found
 if (string != NULL) return string;
 // Otherwise, add to symbol to table
 return the_table()->basic_add(index, string_or_null, name, len,
                               hashValue, CHECK_NULL);
}

\openjdk7\hotspot\src\share\vm\classfile\symbolTable.cpp

oop StringTable::lookup(int index, jchar* name, int len, unsigned int hash) {
 for (HashtableEntry<oop>* l = bucket(index); l != NULL; l = l->next()) {
   if (l->hash() == hash) {
     if (java_lang_String::equals(l->literal(), name, len)) {
       return l->literal();
     }
   }
 }
 return NULL;
}

1.它的大体实现结构就是:JAVA 使用 jni 调用c++实现的StringTable的intern方法。

2.要注意的是，String的String Pool是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009，如果放进String Pool的String非常多，就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String.intern时性能会大幅下降。

Interger 包装类的池化技术

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {

@Native public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;

@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

//缓存-128到127的值在IntegerCache里面，可以进行共享
   private static class IntegerCache {
       static final int low = -128;
       static final int high;
       static final Integer cache[];

static {
           // high value may be configured by property
           int h = 127;
           String integerCacheHighPropValue =
               sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
           if (integerCacheHighPropValue != null) {
               try {
                   int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                   i = Math.max(i, 127);
                   // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                   h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
               } catch( NumberFormatException nfe) {
                   // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
               }
           }
           high = h;

cache = new Integer[(high - low) + 1];
           int j = low;
           for(int k = 0; k < cache.length; k++)
               cache[k] = new Integer(j++);

// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
           assert IntegerCache.high >= 127;
       }

private IntegerCache() {}
   }

public static Integer valueOf(int i) {
       //是不是在-128到127里面，不是的话就生成新的Integer
       if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
           return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
       return new Integer(i);
   }
}        

Integer 对象代码案例解析

public void test(){
   Integer i1 = 10;
   Integer i2 = 10;
   Integer i3 = new Integer(10);//新对象
   Integer i4 = new Integer(10);//新对象
   Integer i5 = Integer.valueOf(10);//从缓存池里面获取。
   Integer i6 = Integer.valueOf(128);
   Integer i7 = 128;

System.out.println(i1 == i2); // true
   System.out.println(i2 == i3); // false
   System.out.println(i3 == i4); // false
   System.out.println(i1 == i5); // true
   System.out.println(i6 == i7); // false
}

//运行结果：
true
false
false
true
false

为啥Integer i1 =10 跟Integer.valueOf(10) 是相等的？

因为Integer i1 = 10 底层原理是 Integer i1 = Integer.valueof(10)

//Integer i1 =10 反编译的结果
 0 bipush 10
 2 invokestatic #14 <java/lang/Integer.valueOf> //调用了Integer.valueof方法
 5 astore_1

为啥Integer i1 =128 跟Integer.valueOf(128) 是不相等的？

因为超过-128～127 这个范围，就不在缓存池里面，不能共享都是新new 出来的

public static Integer valueOf(int i) {
       //是不是在-128到127里面，不是的话就生成新的Integer
       if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
           return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
       return new Integer(i);
   }

问题：包装类对象池是不是 JVM 常量池的一种？

• 包装类的对象池是池化技术的应用，并非是虚拟机层面的东西，而是 Java 在类封装里实现的，IntegerCache 是 Integer在内部维护的一个静态内部类，用于对象缓存。

• Integer 对象池在底层实际上就是一个变量名为 cache 的数组，里面包含了 -128 ～ 127 的 Integer 对象实例。使用对象池的方法就是通过 Integer.valueOf() 返回 cache 中的对象，像 Integer i = 10这种自动装箱实际上也是调用 Integer.valueOf() 完成的

• 这和常量池中字面量的保存有很大区别，Integer 不需要显示地出现在代码中才添加到池中，初始化时它已经包含了所有需要缓存的对象

来源：https://blog.csdn.net/Prior_SX/article/details/123463430