class类常量池与运行时常量池的关系（JDK8）

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分类专栏： Java 文章标签： java jvm 开发语言

于 2024-11-28 15:03:44 首次发布

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在 Java 中，类常量池（Class Constant Pool）和运行时常量池（Runtime Constant Pool）是两个密切相关的概念。它们在程序的不同生命周期中发挥作用，尤其是在字节码加载和执行时。具体来说，它们的关系如下：

类常量池（Class Constant Pool）

类常量池是存储在 类文件（.class） 中的常量池，也可以称为编译时常量池。每个类在编译时会生成一个常量池，用于存储类中所有的字面量（如字符串常量、基本类型常量）和符号引用（如类、方法、字段等的引用）。这些常量池的内容在 Java 编译时就已经确定。

字面量常量：如 int a = 10; 中的 10，String str = "hello"; 中的 "hello"。
符号引用：如对方法、字段、类等的引用。

类常量池包含以下内容：

字面量常量（例如字符串常量、数字常量）
符号引用（对类、方法、字段等的引用）

类常量池存储在每个 .class 文件中。当 JVM 加载该类文件时，常量池会被解析，并且某些常量（特别是字符串常量）会被直接存储在类文件中。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

运行时常量池是在类加载后，JVM 根据 .class 文件中的常量池内容所创建的一个数据结构。它是存在于 JVM 内存中的一个池，包含了在类加载时从类常量池中提取的常量数据，并在运行时进行解析、替换、动态修改等操作。

运行时常量池是 JVM 的一部分，位于方法区（在 JDK 8 中，属于元空间，即 Metaspace）中。
在程序运行过程中，JVM 会根据类常量池的内容，动态地生成实际的常量池。此时，常量池中存储的是 符号引用 和 字面量值。

运行时常量池的作用是存储程序在运行过程中需要使用的常量，特别是当类加载时遇到的常量，它们会被加载到内存中，供 JVM 在执行时使用。

类常量池与运行时常量池的关系

类加载阶段：当 JVM 加载 .class 文件时，类常量池中的内容（字面量和符号引用）会被读取并保存到运行时常量池中。在这个过程中，所有字面量值（例如字符串常量、数字常量）和符号引用（类、方法、字段等的引用）都会被复制到运行时常量池中。
符号解析：对于类常量池中的符号引用（如方法引用、字段引用），JVM 会根据实际的类加载顺序，进行符号解析并将其转化为直接引用，这个过程是在类加载后，运行时常量池中完成的。
共享与动态性：运行时常量池可以看作是类常量池的一个副本，但它具有更高的灵活性，因为它支持动态处理。在运行时，常量池可以被改变。例如，某些动态生成的字符串、动态加载的类、动态调用的方法等，都会被动态地添加到运行时常量池中。

具体例子

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "Hello";
        int x = 100;
    }
}

编译阶段：编译器会将 "Hello" 和 100 分别放入类常量池中。字符串 "Hello" 会存储为字面量常量，而 100 会存储为整数常量。

在运行时常量池中，不会立刻被解析成对象，第一次被LDC指令执行时，在“堆”上创建字符串对象，并将对象的引用驻留在字符串常量池中。

LDC指令：从当前类的常量池加载到操作数栈上。

类加载阶段：当 JVM 加载 Example.class 文件时，类常量池中的 "Hello" 和 100 会被读取到运行时常量池中。对于字符串 "Hello"，如果这个字符串之前没有被加载过，JVM 会在运行时常量池中创建一个新的字符串对象并引用它。对于数字 100，这个常量也会被保存在运行时常量池中，但它是基本数据类型的常量。

符号解析阶段：对于类、方法、字段的引用，JVM 会在类加载时通过符号解析的方式，将符号引用转换为直接引用（例如，类的对象或方法的地址等）。例如类符号引用：表示对某个类的引用。Java 字节码中使用类的全限定名（包括包名）作为符号进行引用。例如java.lang.String 类的符号引用。