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JVM 中的StringTable

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是什么

字符串常量池是 JVM 中的一个重要结构,用于存储JVM运行时产生的字符串。在JDK7之前在方法区中,存储的是字符串常量。而字符串常量池在 JDK7 开始移入堆中,随之而来的是除了存储字符串常量外,还可以存储字符串引用(因为在堆中,引用堆中的字符串常量很方便,所以可以存储引用)。这使得很多字符串的操作在 JDK7 中和在之前的版本中执行是不同的结果。这也是为什么字符串相关的问题是如此具有迷惑性的原因之一。

 

底层

String:在 JDK9 之前,String 底层是使用 char 数组来存储字符串数据的,而在 JDK9 开始,使用 byte 数组+编码来代替 char 数组,这是为了节省空间,因为不同编码的数据占空间不一样,很多单位数据只需要一个 byte(8字节) 就可以存储,而使用 char(16字节)就会浪费多余的空间。

字符串常量池:底层使用 HashTable 来存储字符串,在 JDK6 HashTable 的数组长度是1006,JDK7 开始变成了 60013,这是为了避免存储字符串过多导致链表长度过长从而查询效率降低。可以使用参数 -XX:StringTableSize= 来设置 StringTable 数组的长度。

 

常见问题

字符串相加

1、对于字符串常量相加,编译器会优化成直接相加。

如 String ss = "a" + "b",在编译器的优化下,实际上只会创建一个 "ab" 字符串。

而 final String s1 = "a"; String s2 = s1+"b",除了创建字符串 "a" 外,只会创建 "ab"。

操作相关字符串如下:

可以看到只对字符串 "a"、"ab" 进行了入池操作(ldc)

2、对于包含字符串变量的相加,不会在字符串常量池中创建对应的字符串。
如 String s1 = "a"; String s2 = s1 + "b",执行完后字符串常量池中只会包含 "a"、"b" 字符串。

对于 s1 + "b",下面是其字节码操作

可以看到,相加操作实际上是调用 StringBuilder 的append 方法进行字符串拼接,然后调用它的 toString 方法获取返回值保存输出,期间并没有入池操作(ldc)。

 

由此得出的优化建议:因为每次执行一次包含非常量的字符串相加时,都进行了一次 StringBuilder 对象的创建,所以如果需要多次连接,可以直接创建 StringBuilder 对象,使用一个 StringBuilder 对象进行字符串拼接,避免创建多个对象降低效率。


对象创建数量

对象,包括 new 的对象以及字符串对象。

1、对于String ss = new String ("ab"),这个过程首先会在会在字符串常量池中创建一个 "ab" 字符串常量,然后再在堆上创建一个 new String() 的对象,在这个对象中会保存常量池中 "ab" 的地址信息,最后在栈上创建一个局部变量 ss ,保存堆中创建的对象地址。所以全程创建了堆中的一个对象和字符串常量池中的一个对象。

2、new String("a") + new String("b")。严格来看,创建了六个对象。

首先new String("a") 和 new String("b") ,分为创建了两个对象。两者相加时,会创建一个 StringBuilder 对象,而在 StringBuilder.toString()方法中,也会创建一个 String 对象

 3、String s1 = "a", String s2 = "b",  String s3 = "a" + "b" + s1 + "c" + s2; 对应的字节码如下:

字符串常量池中会有四个字符串对象,分别是 "a"、"b"、"ab"、"c"。在开始因为 s1、s2 的赋值,会将 "a"、"b" 分别加入字符串常量池,然后执行第三步,运行顺序是从左到右,首先执行 "a" + "b" ,因为两个都是常量,所以会因为编译器的优化直接返回 "ab",并且因为计算的两个参数都是常量,所以直接加入字符串常量池,随后因为与变量 s1 相加,所以调用 StringBuilder的append 方法,得到的结果保存到局部变量表中,所以引入常量 "c",因为是常量,所以还是会引入字符串常量池,然后与前面拼接得到的结果再次拼接,最后再与变量 s2 相加,因为不是常量所以还是不会将结果加入字符串常量池。

 

除此之外,还需要注意,上面三种情况是在初始情况下,也就是字符串常量池中没有要加入的字符串时的场景,如果字符串常量池中预先就包含要加入的字符串,那么就会直接将常量池中的对应的字符串地址返回给调用方。比如 String s1 = "a",在常量池中没有 "a" 时,创建的对象是 1个,而如果常量池中已经存在,那么就会将其地址直接返回赋给 s1。那么创建的对象就是 0个了。

 

intern() 与字符串相等判断

intern() 方法是 String 类的一个native方法,作用是尝试将调用这个方法的字符串对象加入字符串常量池中,然后返回常量池中存储的值。在开头说过,在 JDK7 开始字符串常量池可以存储字符串引用,导致字符串操作的过程可能会之前不一样,从而得到不同的结果。

intern() 方法的执行:

1.6 及之前:尝试将当前字符串常量加入常量池,如果常量池存在就返回地址值;如果不存在就先加入常量池,然后再返回加入位置的地址值。

1.7开始:尝试将当前字符串常量加入常量池,如果存在就将返回地址值;如果不存在就存入当前 String 字符串的地址值。

下面以一个例子来解释一下,在JDK7和JDK7之前下面代码执行分别是什么结果。

 1     @Test
 2     public void test1(){
 3         String s = new String("1");
 4         s.intern();
 5         String s2 = "1";
 6         System.out.println(s == s2);
 7 
 8 
 9         String s3 = new String("1") + new String("1");
10         s3.intern();
11         String s4 = "11";
12         System.out.println(s3 == s4);
13     }    

先说结论:

JDK7 之前: false、false。

JDK7 及之后:false、true。

原因:

1、首先先看上面 3------6 行的,首先,第三行会在字符串常量池中添加 "1" ,然后在堆中创建一个对象,保存 "1" 在常量池中的地址,再在局部变量表中添加一个 s 保存堆中对象的地址。随后执行第四行,此时 s 指向的字符串已经在常量池中了,所以这一步无效,第五行因为常量池已经存在 "1" ,所以 JDK7或之前执行的逻辑是一样的,直接将 "1" 在常量池中的地址返回给 s2。然后判断,s 指向的是堆中的对象,而 s2 指向的是常量池中的字符串常量,所以无论是 JDK7 还是之前的都是 false。

2、然后再看下面 9-----12 行。因为前面已经在常量池中添加 "1",所以第9行会直接返回地址,然后执行添加操作,创建字符串 "11",此时并没有添加到常量池,然后执行第10行,因为常量池不存在 "11",所以 JDK7 之前直接加入常量池,JDK7 及以后则直接将 "11" 的地址存入常量池,而 s3 则不变,还是保存的是常量池外的那个 "11" 的地址值。然后执行 11 行,因为常量池已存在 "11",所以 s4 就是返回 "11" 的地址值,不同的是在 JDK7 之前因为常量池保存的是 "11" 常量,所以返回的是常量池中的地址值;而 JDK7 及以后常量池保存的是常量池外的 "11" 的地址值,所以返回的是池外的地址值。所以最后判断在 JDK7 之前是 false,而在 JDK7 开始是 true。

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