二、深入JVM--运行时数据区(常量池)

本文深入探讨Java中的常量池概念,包括字面量、符号引用、字符串常量池及运行时常量池的工作原理。通过具体示例,阐述类加载过程中常量池的生成与使用,以及HotSpot VM中字符串表的实现。

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class文件常量池

常量池中存放着字面量和符号引用。

1.字面量:被final或static修饰的修饰的数据+其他
(有些普通类型的数据只有在超过一定范围才会出现在常量池中,如int类型的数据超过32767.才会出现在常量池中。否则不会出现在常量池中。long类型的数据只有为1时不出现在常量池。)

2.符号引用:

  • 类和接口的全限定名(Fully Qualified Name)
  • 字段的名称和描述符(Descriptor)【只要是类中定义的变量名都会出现在常量池,包括局部变量名】
  • 方法的名称和描述符

字符串常量池

字符串常量池是全局共享的,一个JVM实例只有一个string pool 。类加载时会在堆中生成字符串实例对象。然后会将字符串实例对象的地址保存在字符串常量池中(字符串常量池保存的是堆内存中字符串对象的地址,而不是字符串本身)。

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。)。 在HotSpot VM里实现的string pool功能的是一个StringTable类,它是一个哈希表,里面存的是驻留字符串(也就是我们常说的用双引号括起来的)的引用(而不是驻留字符串实例本身),也就是说在堆中的某些字符串实例被这个StringTable引用之后就等同被赋予了”驻留字符串”的身份。这个StringTable在每个HotSpot VM的实例只有一份,被所有的类共享。

运行时常量池

当java文件被编译成class文件之后,也就是会生成我上面所说的class常量池,那么运行时常量池又是什么时候产生的呢?

jvm在执行某个类的时候,必须经过加载、连接、初始化,而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。而当类加载到内存中后,jvm就会将class常量池中的内容存放到运行时常量池中,由此可知,运行时常量池也是每个类都有一个。在上面我也说了,class常量池中存的是字面量和符号引用,也就是说他们存的并不是对象的实例,而是对象的符号引用值。而经过解析(resolve)之后,也就是把符号引用替换为直接引用,解析的过程会去查询全局字符串池,也就是我们上面所说的StringTable,以保证运行时常量池所引用的字符串与全局字符串池中所引用的是一致的。

举个实例来说明一下:
首先会在堆内存中创建一个字符串“abc”对象实例。然后在字符串常量池中存放着该对象的内存地址。

public class HelloWorld {

public static void main(String []args) {


String str1 = "abc";

String str2 = new String("def");

String str3 = "abc";

String str4 = str2.intern();

String str5 = "def";

System.out.println(str1 == str3);//true

System.out.println(str2 == str4);//false

System.out.println(str4 == str5);//true

}}

回到上面的那个程序,现在就很容易解释整个程序的内存分配过程了,首先,在堆中会有一个”abc”实例,全局StringTable中存放着”abc”的一个引用值,然后在运行第二句的时候会生成两个实例,一个是”def”的实例对象,并且StringTable中存储一个”def”的引用值,还有一个是new出来的一个”def”的实例对象,与上面那个是不同的实例,当在解析str3的时候查找StringTable,里面有”abc”的全局驻留字符串引用,所以str3的引用地址与之前的那个已存在的相同,str4是在运行的时候调用intern()函数,返回StringTable中”def”的引用值,如果没有就将str2的引用值添加进去,在这里,StringTable中已经有了”def”的引用值了,所以返回上面在new str2的时候添加到StringTable中的 “def”引用值,最后str5在解析的时候就也是指向存在于StringTable中的”def”的引用值,那么这样一分析之后,下面三个打印的值就容易理解了。上面程序的首先经过编译之后,在该类的class常量池中存放一些符号引用,然后类加载之后,将class常量池中存放的符号引用转存到运行时常量池中,然后经过验证,准备阶段之后,在堆中生成驻留字符串的实例对象(也就是上例中str1所指向的”abc”实例对象),然后将这个对象的引用存到全局String Pool中,也就是StringTable中,最后在解析阶段,要把运行时常量池中的符号引用替换成直接引用,那么就直接查询StringTable,保证StringTable里的引用值与运行时常量池中的引用值一致,大概整个过程就是这样了。

总结
1.全局常量池在每个VM中只有一份,存放的是字符串常量的引用值。
2.class常量池是在编译的时候每个class都有的,在编译阶段,存放的是常量的符号引用。
3.运行时常量池是在类加载完成之后,将每个class常量池中的符号引用值转存到运行时常量池中,也就是说,每个class都有一个运行时常量池,类在解析之后,将符号引用替换成直接引用,与全局常量池中的引用值保持一致。

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