JVM--字符串常量池--StringTable（重要）

Jesslili

已于 2024-09-25 15:15:30 修改

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分类专栏： JVM 文章标签： java jvm

于 2020-10-05 18:07:24 首次发布

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本文深入探讨了Java中的String类，包括其不可变性、内存分配（如JDK8前后的变化）、字符串拼接效率以及intern()方法的使用。String对象在内存中存储于堆或常量池，常量池的位置从JDK6的永久代到JDK7的堆，再到JDK8的元空间。字符串拼接时，常量与常量的拼接发生在常量池，涉及编译期优化；变量拼接则使用StringBuilder。intern()方法用于确保字符串在常量池中只有一份拷贝，提高内存效率。

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一、String是基本特性

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[]。String不用char[] 来存储，改成了byte[] 加上编码标记，节约了一些空间。StringBuffer和StringBuilder也做了一些修改。
String：代表不可变的字符序列。
1. 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
2. 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。
3. 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（区别于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。
字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的。
1. 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StringPool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。
2. 使用一XX： StringTableSize可设置StringTable的长度
3. 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
4. 在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013
5. jdk8开始，1009是StringTable长度可设置的最小值

二、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 = “abc” ；
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

StringTable为什么要调整？
①永久代permSize默认比较小。
②永久代的垃圾回收频率低。

三、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。
.java编译成.class，再执行.class。
常量池中不会存在相同内容的常量。
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。
如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()。
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。
intern()：判断字符串常量池中是否存在该字符串的值，如果存在，则返回常量池中该字符串的地址。如果字符串常量池中不存在该字符串，则在常量池中加载一份该字符串，并返回该对象的地址。

 /*
    1. 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。
    2. 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。
     */
    @Test
    public void test4(){
        final String s1 = "a";//常量引用
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2; // 虽然是 + 左右是引用但是 s1和s2 不是变量
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }

拼接操作与append的效率对比：
append效率要比字符串拼接高很多
① StringBuilder 的 append() 的方式：自始至终中只创建过一个 StringBuilder 的对象
使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
② 使用String的字符串拼接方式：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。

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：
StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel); // new char[highLevel]

四、intern()的使用

如果不是用双引号声明的String对象，就可以使用String提供的intern方法： intern()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。

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，必须和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同。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。

如何保证变量 s 指向的是字符串常量池中的数据呢？
有两种方式：
方式一： String s = "jess";//字面量定义的方式
方式二：调用intern()
String s = new String("jess").intern();
String s = new StringBuilder("jess").toString().intern();

//s  指向堆空间"1"的内存地址
//s1 指向字符串常量池中"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  所以 s1==s2
String s = new String("1");
String s1 = s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
String s2 = "1";

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        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！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        String s5 = s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s5 == s4);//true
    }
}

new String(“ab”)会创建几个对象?
创建两个对象
一个是new关键字在堆空间创建的，一个是字符串常量池的对象“ab”。

new String(“a”) + new String(“b”)会创建几个对象?
对象1：new StringBuilder()
对象2：new String("a")
对象3：常量池中的"a"
对象4：new String("b")
对象5：常量池中的"b"
对象6：new String("ab") // StringBuilder.toString()
StringBuilder 的 toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab"。

String str =“a”+ “b” 会创建几个对象?
“a” + “b” 在编译时，就已经编译为ab，被放到常量池中。
所以只有一个对象：ab

如果前后文中还有代码，并且已经在常量池存在时，相同的常量将不再创建，因为在常量池只能存在一份相同的对象。

总结 String 的 intern() 的使用

String s = new String("1"); // 创建了两个对象（堆、常量池），但是返回的 s 是堆中的对象
s.intern(); // 常量池已经有了 "1"
String s2 = "1"; // s2 是常量池中的对象 "1"
System.out.println(s == s2); // jdk6:false  jdk7/8:false

String s3 = new String("1") + new String("1"); // s3 的地址为：堆中的对象 new String("11")
s3.intern(); // 常量池中没有 "11"，故创建 "11" 
String s4 = "11"; // s4 是s3.intern();在常量池中生成的对象 "11"
System.out.println(s3 == s4); // jdk6:false  jdk7/8:true

s3.intern()：

jdk6：在常量池中创建了一个新的对象 “11”，也就有新的地址。
jdk7/8：因为常量池此时已经在堆空间中了，为了节省空间，在常量池中记录了 “11” 在堆中的引用，因此 s4 和 new String(“11”) 是同一个地址。

理解 intern()：

jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入字符串常量池。
➢如果字符串常量池中有，则不会放入。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字符串常量池。
➢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。