JVM教程-13-String Table_jbtreetable 只支持string吗-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/admin741admin/article/details/108473930

本文详细探讨了 Java 中 String 类的特性和操作，包括字符串常量池、内存分配、不可变性、基本操作以及 intern 方法的使用。通过具体案例分析，帮助读者理解字符串在 Java 中的高效管理和内存优化。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

转载：
https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411n7xZ
参考：
https://gitee.com/moxi159753/LearningNotes/tree/master/JVM,
https://www.cnblogs.com/yanl55555/p/12623447.html

基本特性

String的基本特性

String：字符串，使用一对 ”” 引起来表示

 String s1 = "zgc" ; // 字面量的定义方式
 String s2 = new String("zgc");

string声明为final的，不可被继承
String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。实现了Comparable接口：表示string可以比较大小
string在jdk8及以前内部定义了final char[] value用于存储字符串数据。JDK9时改为byte[]

结论：String再也不用char[]来存储啦，改成了byte[]加上编码标记，节约了一些空间。

String的不可变性

string：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。

当对字符串重新赋值时，需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
当调用String的replace（）方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
通过字面量的方式（不同于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。字符串常量池当中的字符串不允许重复存放。

package String;

/**
 * String的不可变性
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-11-8:57
 */
public class StringTest1 {

    public static void test1() {
        // 字面量定义的方式，“abc”存储在字符串常量池中
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        System.out.println(s1 == s2); // true ，都是s1的引用
        s1 = "hello";
        System.out.println(s1 == s2); // false，s1在字符串常量池重新分配内存
        System.out.println(s1); // hello
        System.out.println(s2); // abc
    }

    public static void test2() {
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        // 只要进行了修改，就会重新创建一个对象，这就是不可变性
        s2 += "def";
        System.out.println(s1); // abc
        System.out.println(s2); // abcdef ， s2在字符串常量池重新分配内存
    }

    public static void test3() {
        String s1 = "abc";
        String s2 = s1.replace('a', 'm');
        System.out.println(s1); // abc
        System.out.println(s2); // mbc ， s2在字符串常量池重新分配内存
    }

    public static void main(String[] args) {
        test1();
        System.out.println("test1--------------");
        test2();
        System.out.println("test2--------------");
        test3();
        System.out.println("test3--------------");
    }
}

不可变性的面试题

public class StringExer {
    String str = new String("good");
    char [] ch = {'t','e','s','t'};

    public void change(String str, char ch []) {
        str = "test ok";
        ch[0] = 'b';
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringExer ex = new StringExer();
        ex.change(ex.str, ex.ch);
        System.out.println(ex.str); // good
        System.out.println(ex.ch); // best
    }
}

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的
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。
使用-XX:StringTableSize可设置stringTab1e的长度
在jdk6中stringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。stringTablesize设置没有要求
在jdk7中，stringTable的长度默认值是60013
在JDK8中，StringTable可以设置的最小值为1009

String Pool适当长点，避免长度不够导致Hash冲突严重

public class StringTablesizeTest {


    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            String s = String.valueOf(i);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("花费时间为:" + (end-start));
    }

    // -XX:StringTableSize  花费时间
    // 1009  1698
    //100009 1585
}

String的内存分配

在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型string。这些类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。

常量池就类似一个Java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量池都是系统协调的，string类型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种。

直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。
```
 比如：string info="atguigu.com"；
```
如果不是用双引号声明的string对象，可以使用string提供的intern()方法。

Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代

Java 7中 oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内

所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。
字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用string.intern()。

Java8元空间，字符串常量在堆

在这里插入图片描述

8种基本数据类型的常量池都是系统协调的

双引号声明和intern()都是直接存储字符串常量池StringTable

为什么StringTable从永久代调整到堆中

在JDK 7中，interned字符串不再在Java堆的永久生成中分配，而是在Java堆的主要部分(称为年轻代和年老代)中分配，与应用程序创建的其他对象一起分配。此更改将导致驻留在主Java堆中的数据更多，驻留在永久生成中的数据更少，因此可能需要调整堆大小。由于这一变化，大多数应用程序在堆使用方面只会看到相对较小的差异，但加载许多类或大量使用字符串的较大应用程序会出现这种差异。intern()方法会看到更显著的差异。

永久代的默认比较小
永久代垃圾回收频率低

String的基本操作

两个案列

在这里插入图片描述

注释表示当前字符串个数，发现下面的“1”不能增加字符串个数

在这里插入图片描述

字符串拼接操作

常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
常量池中不会存在相同内容的变量
只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder
如果拼接的结果调用intern()方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址

代码演示

双引号和双引号拼接

    public static void test1() {
        String s1 = "a" + "b" + "c";  // "abc"  字符串常量池
        String s2 = "abc"; // "abc" 一定是放在字符串常量池,将此地址赋值给s2
        /**
         * 最终java编译成.class，再执行.class
         * String s1 = "abc"
         * String s2 = "abc"
         */
        System.out.println(s1 == s2); // true，因为存放在字符串常量池
        System.out.println(s1.equals(s2)); // true
    }

在这里插入图片描述

只有执行了ldc指令的字符串才会进入字符串常量池

双引号和变量的拼接

    public static void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        /*
        如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
        ① StringBuilder s = new StringBuilder();
        ② s.append("a")
        ③ s.append("b")
        ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")

        补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,
        在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
         */
        String s4 = s1 + s2;//
        System.out.println(s3 == s4);//false
    }

在这里插入图片描述

final

final双引号和变量的拼接

    public static void test4(){
        final String s1 = "a";
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }

字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!

如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。

针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。

final练习

    public  static  void test5(){
        String s1 = "javaEEhadoop";
        String s2 = "javaEE";
        String s3 = s2 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s3);//false

        final String s4 = "javaEE";//s4:常量
        String s5 = s4 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s5);//true
    }

拼接操作与append的效率对比

public class test1 {
    public static void method1(int highLevel) {
        String src = "";
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            src += "a"; // 每次循环都会创建一个StringBuilder对象
        }
    }

    public static void method2(int highLevel) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            sb.append("a");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        method1(99999);
        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println((end  - start));

        long start2 = System.currentTimeMillis();
        method2(99999);
        long end2 = System.currentTimeMillis();

        System.out.println((end2  - start2));
    }
}
// 体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！

详情：

① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象。
② 使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象。，内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

改进的空间：

在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化，手动指定StringBuilder容器上限大小。
防止超过默认容量大小16而扩容，扩容会将原有的字符串赋值到新的容器当中，原有的容器变成垃圾需要回收。
```
 StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]
```

intern的使用

概念

如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法：intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。

比如： String myInfo = new String(“I love u”).intern()；
也就是说，如果在任意字符串上调用String.intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必定和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同（字符串常量池当中的对象）。因此，下列表达式的值必定是true：（“a” + “b” + “c”）.intern（）== “abc”;
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）。

面试题

new string（“ab”）会创建几个对象？

public class StingNewTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("ab");
    }
}

在这里插入图片描述

// 这里面就是两个对象

// 一个对象是：new关键字在堆空间中创建
// 另一个对象：字符串常量池中的对象

new String(“a”) + new String(“b”) 会创建几个对象

public class StingNewTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("a") + new String("b");
    }
}

在这里插入图片描述

// 对象1：new StringBuilder()
// 对象2：new String("a")
// 对象3：常量池的 a
// 对象4：new String("b")
// 对象5：常量池的 b
// 对象6：toString中会创建一个 new String("ab")


// 调用toString方法，没有ldc命令即是不会在字符串常量池中生成ab
// 只有执行了ldc指令的字符串才会进入字符串常量池

intern面试题

intern总的面试题(附加本人选的两道)

package StringTable;

public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1".即此方法可理解为无效
        String s2 = "1";
        //s  指向堆空间"1"的内存地址   //s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址
        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false


        test1(); // 验证intern和new String关系
        test2(); // 关键词
        test3(); // 验证intern顺序


        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为堆中11，此时字符串常量池当中并不存在11
        // 执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在“11“呢？答案：不存在！！

        s3.intern();//在字符串常量池中生成“11"。
                                        // 如何理解：
                                        // jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
                                        // jdk7:此时字符串常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址(字符串常量池在堆中)
        String s4 = "11";//s4变量记录的地址，使用的是上一行代码执行后在常量池生成的，指向11的地址
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true
    }


    // 都是基于java8
    private static void test1() {
        String a = new String("haha");
        System.out.println(a.intern() == "haha"); // true
        System.out.println(a.intern() == a);// false
                                            // new String("haha")时会ldc命令即是字符串常量中创建"haha"
                                            // a.intern()返回指向字符串常量中"haha"的地址

        String b = new String("h1") + new String("h2");
        System.out.println(b.intern() == b);// true
                                            // new String("h1") + new String("h2")没有ldc命令即是字符串常量中没创建"h1h2"
                                            // a.intern()在字符串常量 创建一个指向堆空间中new String("h1h2")的地址(字符串常量池在堆中)
		System.out.println(b.intern() == "h1h2"); // true
        System.out.println("1111111111111111111111111");
    }

    // 都是基于java8
    private static void test2() {
        String a = new String("ja") + new String("va");
        System.out.println(a.intern() == a);// false
                                            // 这是因为java在启动的时候，会把一部分的字符串添加到字符串常量池中，而这个“java”就是其中之一
        System.out.println("2222222222222222222222");
    }


    // 都是基于java8
    private static void test3() {
        String s3 = new String("aa") + new String("bb");

//        String s5 = "aabb"; // 字符串常量池生成aabb
//        String s6 = s3.intern();  // 字符串常量池已经有aabb，这方法返回 指向 字符串常量的aabb地址
//        System.out.println(s3 == s5); // false

        s3.intern(); //字符串常量中并没有创建"aabb",而是创建一个指向堆空间中new String("aabb")的地址
        String s4 = "aabb"; //字符串常量已经存在aabb,即是指向堆空间中new String("aabb")的地址
        System.out.println(s3 == s4); // true
        System.out.println("3333333333333333333");
    }

}

总结1

只有执行了ldc指令的字符串才会进入字符串常量池
new String(“xx”) 有ldc，返回指向实例化地址,new String(“xx”) +new String(“yy”) “xxyyy”"没有ldc，返回指向实例化地址
intern看ldc：
- 之前无ldc，返回指向创建new String(“xx”) 实列化地址(同时还是等同于"xx"）
- 之前有ldc，返回指向xx的字符串常量池地址
java在启动的时候，会把一部分的字符串添加到字符串常量池中

总结2

拼接时
- 无变量时，返回字符串常量池
- 有至少一个变量时，经过new StringBuilder,append(x),最后返回拼接后的new String的堆地址
单独new对象，创建字符串常量池ldc，同时在堆创建该String对象，返回的是引用堆String对象的地址
拼接的new对象，比如new a,new b，a和b都有ldc,但ab没有创建字符串常量池ldc，只有在堆创建该String对象并且返回。
intern存在则返回字符串常量池地址，不存在的话则创建字符串常量池并返回，特殊情况拼接的ab使用intern，能让intern返回字符串常量池地址等于引用堆对象的地址

intern面试扩展

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("1");
        s.intern();
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2); // jdk6 false  jdk7+ false

        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        s3.intern(); // 字符串常量池创建11
        // jdk6 false
        // 会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址
        // jdk7+ true
        // 会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址
        String s4 = "11";
        System.out.println(s3 == s4);

    }
}

jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。
➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
➢如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址

Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
➢如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址

课后练习1

public class StringExer1 {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
        //在上一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"

        String s2 = s.intern();//jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"
        //jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回

        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true
        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true


        String x = "qw";
        String x1 = new String("q") + new String("w");
        String x2 = x1.intern();

        System.out.println(x1 == x);//jdk6:false  jdk8:false
        System.out.println(x2 == x);//jdk6:true  jdk8:true

    }
}

在这里插入图片描述

课后练习2

public class StringExer2 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("a") + new String("b");////执行完以后，不会在字符串常量池中会生成"ab"
        s1.intern();//字符串常量池创建ab,指向堆的ab实列化地址
        String s2 = "ab";//指向字符串常量池已经存在的ab
        System.out.println(s1 == s2); //true



        String x1 = new String("qw");//执行完以后，会在字符串常量池中会生成"qw"。但是指向堆qw
        x1.intern();//检查字符串常量池当中有qw,该方法几乎没作用
        String x2 = "qw";//指向字符串常量池已经存在的qw
        System.out.println(x1 == x2); //false


    }
}

intern空间效率

在这里插入图片描述

对于程序中大量存在存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省内存空间，但会提高执行时间。

StringTabl的垃圾回收

/**
 * String的垃圾回收:
 * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
 *
 */
public class StringGCTest {
    public static void main(String[] args) {
//        for (int j = 0; j < 100; j++) {
//            String.valueOf(j).intern();
//        }
        //发生垃圾回收行为
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            String.valueOf(j).intern();
        }
    }
}

在这里插入图片描述

G1中的String去重操作

注意这里说的重复，指的是在堆中的数据，而不是字符串常量池中的，因为字符串常量池中的本身就不会重复

String去重背景

对许多Java应用（有大的也有小的）做的测试得出以下结果：

堆存活数据集合里面String对象占了25%
堆存活数据集合里面重复的string对象有13.5%
string对象的平均长度是45

许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存，测试表明，在这些类型的应用里面，Java堆中存活的数据集合差不多25%是string对象。更进一步，这里面差不多一半string对象是重复的，重复的意思是说： stringl.equals（string2）= true。堆上存在重复的string对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的string对象进行去重，这样就能避免浪费内存。

String去重实现

当垃圾收集器工作的时候，会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的string对象。
如果是，把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行，处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素，然后尝试去重它引用的string对象。
使用一个hashtab1e来记录所有的被string对象使用的不重复的char数组。当去重的时候，会查这个hashtable，来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
如果存在，string对象会被调整引用那个数组，释放对原来的数组的引用，最终会被垃圾收集器回收掉。
如果查找失败，char数组会被插入到hashtable，这样以后的时候就可以共享这个数组了。

String去重命令

UseStringDeduplication （bool）：开启String去重，默认是不开启的，需要手动开启。
PrintStringDedupl icationStatistics （bool）：打印详细的去重统计信息，
StringDedupl icationAgeThreshold （uintx）：达到这个年龄的string对象被认.为是去重的候选对象

关于intern扩展

参考于https://www.jianshu.com/p/48a43638422f

字符串常量池了，它是java为了节省空间而设计的一个内存区域，java中所有的类共享一个字符串常量池

 为了提高匹配速度，即更快的查找某个字符串是否存在于常量池，Java在设计字符串常量池的时候，还搞了一张stringtable，stringtable有点类似于我们的hashtable，里面保存了字符串的引用。我们可以根据字符串的hashcode找到对应entry，如果没冲突，它可能只是一个entry，如果有冲突，它可能是一个entry链表，然后Java再遍历entry链表，匹配引用对应的字符串，如果找得到字符串，返回引用，如果找不到字符串，会把字符串放到常量池中，并把引用保存到stringtable里。

intern的作用是把new出来的字符串的引用添加到stringtable中

 java会先计算string的hashcode，查找stringtable中是否已经有string对应的引用了，如果有返回引用（地址），然后没有把字符串的地址放到stringtable中，并返回字符串的引用（地址）。