[javap]为什么对象被new之后要再执行dup操作?

本文详细介绍了Java字节码指令dup的功能和用法,该指令用于复制操作数栈顶的单字项,并将其再次压入栈中。通过一个具体的例子展示了如何使用dup指令来创建对象引用的副本。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

dup

duplicate top single-word item on the stack

1.Stack

BeforeAfter
itemitem
item

2.Description

This pops the top single-word value off the operand stack, and then pushes that value twice - i.e. it makes an extra copy of the top item on the stack.

This instruction cannot be used to duplicate two-word items (longs or doubles) - use dup2 instead.

3.Example

; This is like the java expression:
;
;   StringBuffer x = new StringBuffer();
;

; Make a new StringBuffer object and leave a reference to it
; on the stack:
new java/lang/StringBuffer

; [ Stack now contains: objectref ]

; Duplicate the object reference:
dup

; [ Stack now contains: objectref objectref ]

; Invoke the object's initializer:
invokespecial java/lang/StringBuffer/<init>()V

; [ Stack now contains: objectref ]

; Store the objectref in local variable 1.
astore_1

; [ Stack is now empty. ]

参考资料
https://cs.au.dk/~mis/dOvs/jvmspec/ref-_dup.html

<think>在之前的对话中,用户要求我解释Java中字符串对象的不可变性以及为什么看起来值可以改变的原因。首先,我需要明确回答两个部分:不可变性的原理和看似可变的原因。不可变性的原理包括三个方面。首先,字符串类String被声明为final,意味着不能被继承,这样就不会有子类重写方法来修改其内部状态。其次,内部的字符数组value也被标记为final,在Java9之前是char数组,之后变成了byte数组(CompactStrings优化),数组的引用在对象构造后就不能再指向其他数组了。第三点,虽然数组的引用不可变,但数组元素本身理论上能被修改,但String类并没有提供任何修改数组的方法。另外,所有方法(如substring)都会返回新对象,而不会改变原对象。关于hashCode的缓存,由于内容不变,哈希值只需要计算一次并缓存,这样后续的hashCode调用直接返回缓存值,这也是不变性带来的优化。接下来,需要解释为什么字符串看起来可变。例如,用户可能看到以下代码:Strings="hello";s="world";这里变量s的引用发生了改变,实际上创建了新的字符串对象"world",s指向了新对象,而旧的"hello"仍然存在在内存中。另外,字符串常量池的概念也很重要。当使用字面量时,JVM会把字符串放入常量池,多次使用相同的字符串字面量实际上指向池中同一个对象。然后讨论内存地址变化的问题。例如,Stringstr="apple";System.out.println(System.identityHashCode(str));str=str.toUpperCase();System.out.println(System.identityHashCode(str));这里toUpperCase方法返回新对象,所以两次打印的哈希值不同,证明str指向了新的对象。这展示了不可变性中的“改变”实际上是创建新对象的过程。需要区分引用和对象的概念。变量名是引用,可以重新指向新对象对象本身的状态不可变。例如字符串拼接:Stringa="a";Stringb="b";Stringc=a+b;这里编译后会使用StringBuilder来创建新字符串,最终c是新对象,a和b不变。还要提及为什么字符串要设计成不可变。引用的优势包括安全(如作为参数传递时不会被意外修改)、性能(哈希值缓存)和线程安全(无需同步)。比如在HashMap中使用String作为键就是因为不可变性确保了键值不变,维护了HashMap的不变性和一致性。在回答中需要组织成结构清晰的方式,使用标题或者序号来提高可读性。最后要强调重点:尽管引用变量可以重新赋值,但字符串对象本身的状态在创建后永不改变。使用对比解释“看似可变”的实质原因,比如代码示例说明引用变量值的变化而非原对象内容的变化。用户可能还会有疑问,比如StringBuilder和StringBuffer的可变性是为了解决频繁修改字符串时的性能问题。由于String不可变,每次修改都需要创建新对象,而StringBuilder使用可变的字符数组,在需要多次修改字符串的场景下效率更高。这时需要说明两者区别和适用场景,例如StringBuilder线程不安全但更快,StringBuffer线程安全但略慢。在回答过程中,应确保语言通俗易懂,避免过多的专业术语堆砌,但又要准确描述机制。</think> ### Java字符串不可变性原理及“看似可变”的原因 #### 一、字符串不可变性的实现原理 1. **`final` 关键字的三层防护** - **`final` 类**:`String`类被声明为`public final class String`,禁止被继承,防止子类覆盖其方法修改数据 - **`private final` 字符数组**:内部存储字符的数组(JDK9前为`char[] value`,JDK9起为`byte[] value`)声明为`private final` - **`final` 方法**:所有可能修改数据的方法都不在原对象操作,而是返回新对象 ```java // JDK9+ 源码片段 public final class String { private final byte[] value; // 存储数据的不可变数组 private final byte coder; // 编码标识(LATIN1或UTF16) // 所有修改操作返回新对象 public String concat(String str) { // ... 创建新数组并拷贝数据的逻辑 return new String(result, coder); } } ``` 2. **运行机制保障** - **拒绝外部修改**:不提供修改字符数组的公开方法 - **安全控制**:通过Java安全机制禁止反射修改数组内容(部分版本需要主动启用安全管理器) - **哈希值缓存**:因内容不变,首次计算`hashCode()`后直接缓存结果: ```java public int hashCode() { int h = hash; if (h == 0 && !hashIsZero) { // 仅当首次调用时计算哈希值 h = isLatin1() ? StringLatin1.hashCode(value) : StringUTF16.hashCode(value); hash = h; } return h; } ``` #### 二、“看似可变”的三大原因 1. **引用变量重新指向**(最常见误解) ```java String s = "Hello"; s = "World"; // 看似修改,实则创建新对象并改变引用指向 ``` - **内存变化**: ``` 初始:s → 0x1000["Hello"] 赋值后:s → 0x2000["World"] (原0x1000对象仍存在) ``` 2. **编译器优化造成的错觉** ```java String a = "A" + "B"; // 编译器直接优化为 String a = "AB" ``` - **字节码验证**(使用`javap -c`查看): ```bash 0: ldc #2 // String AB → 直接加载常量池中的"AB" ``` 3. **特殊API的误导** ```java String s = " text ".trim(); // 表面"修改空格",实际返回新对象"text" ``` #### 三、不可变性的核心价值 | 特性 | 作用 | 示例场景 | |------|------|---------| | **安全性** | 防止意外修改 | 网络URL、文件路径等敏感数据传递 | | **线程安全** | 天然线程安全 | 多线程环境下共享字符串无需同步锁 | | **性能优化** | 常量池重用 | 字面量赋值时复用已有对象 | | **哈希缓存** | 提升集合效率 | HashMap的键值快速定位 | #### 四、真正可变的替代方案 当需要频繁修改字符序列时: 1. **StringBuilder** 非线程安全但性能最优,内部维护可变数组: ```java StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("A").append("B"); // 直接修改内部数组 ``` 2. **StringBuffer** 线程安全方案(方法用`synchronized`修饰): ```java StringBuffer sbf = new StringBuffer(); sbf.append("X").append("Y"); // 线程安全操作 ``` > 📌 **关键结论**: > Java字符串的"变化"本质是**引用重定向**或**新对象生成**,原始对象始终不变。这种设计通过空间换时间(创建新对象开销)换取安全性、稳定性和运行效率,是Java体系稳定的基石之一[^1][^2]。 --- ### 相关问题 1. **字符串常量池如何实现对象复用?不同JDK版本有何差异?** 2. **`intern()`方法的作用是什么?在实际开发中有哪些应用场景?** 3. **JDK9的Compact Strings优化如何提升内存效率?`byte[]`如何存储不同编码字符?** 4. **如何证明字符串不可变性?(示例:通过反射尝试修改字符数组)** 5. **在哪些场景下优先使用StringBuilder而非String拼接?**
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