深入理解Java虚拟机——StringTable——超级详细篇

文章目录

  • 1:String的基本特性
  • 2:String的内存分配
  • 3:String的基本操作
  • 4:字符串拼接操作
    • 4.1 拼接操作与append操作效率比较
  • 5:intern()的使用
    • 5.1 new String()到底创建几个对象
    • 5.2 关于intern()的面试难题
    • 5.3 intern的练习题
  • 6:StringTable的垃圾回收
  • 7:G1中的String去重操作

1:String的基本特性

String基本特性

深入理解Java虚拟机——StringTable——超级详细篇_第1张图片
深入理解Java虚拟机——StringTable——超级详细篇_第2张图片
深入理解Java虚拟机——StringTable——超级详细篇_第3张图片
String存储结构变更
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2: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 = “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。这个后面重点谈

  • 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- -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

举例
配置-XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m

public class StringTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用Set保持着常量池引用,避免full gc回收常量池行为
        Set<String> set = new HashSet<String>();
        //在short可以取值的范围内足以让6MB的PermSize或heap产生OOM了。
        short i = 0;
        while(true){
            set.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }

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3:String的基本操作

实例1
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实例2
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4:字符串拼接操作

1.常量与常量的拼接结果在常量池,原理是编译期优化

2.常量池中不会存在相同内容的常量。

3.只要其中有一一个是变量,结果就在堆中。变量拼接的原理是stringBuilder

4.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。

分析下面代码的字节码解析

public class StringTest5 {
    @Test
    public void test1(){
        String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化:等同于"abc"
        String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中,将此地址赋给s2
        /*
         * 最终.java编译成.class,再执行.class
         * String s1 = "abc";
         * String s2 = "abc"
         */
        System.out.println(s1 == s2); //true
        System.out.println(s1.equals(s2)); //true
    }
    }

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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常量。

分析下面代码的字节码解析

  @Test
    public void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;//
        System.out.println(s3 == s4);//false
        补充:在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer

    }

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  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。

我们可以自己分析如下代码

@Test
    public void test2(){
        String s1 = "javaEE";
        String s2 = "hadoop";

        String s3 = "javaEEhadoop";
        String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
        //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(),具体的内容为拼接的结果:javaEEhadoop
        String s5 = s1 + "hadoop";
        String s6 = "javaEE" + s2;
        String s7 = s1 + s2;

        System.out.println(s3 == s4);//true
        System.out.println(s3 == s5);//false
        System.out.println(s3 == s6);//false
        System.out.println(s3 == s7);//false
        System.out.println(s5 == s6);//false
        System.out.println(s5 == s7);//false
        System.out.println(s6 == s7);//false
        //intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值,如果存在,则返回常量池中javaEEhadoop的地址;
        //如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop,则在常量池中加载一份javaEEhadoop,并返回次对象的地址。
        String s8 = s6.intern();
        System.out.println(s3 == s8);//true
    }

4.1 拼接操作与append操作效率比较

代码示例演示拼接操作与append操作效率

  @Test
    public void test6(){

        long start = System.currentTimeMillis();

//        method1(100000);//4014
        method2(100000);//7

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("花费的时间为:" + (end - start));
    }

    public void method1(int highLevel){
        String src = "";
        for(int i = 0;i < highLevel;i++){
            src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
        }
//        System.out.println(src);

    }

    public void method2(int highLevel){
        //只需要创建一个StringBuilder
        StringBuilder src = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            src.append("a");
        }
//        System.out.println(src);
    }

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

5:intern()的使用

  • 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相,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 atguigu”).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(String Intern Pool )

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 = “shkstart”;//字面量定义的方式
方式二: 调用intern()
String s = new String(“shkstart”).intern();
String s = new StringBuilder(“shkstart”).toString().intern();

5.1 new String()到底创建几个对象

例题

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

new String(“ab”)会创建几个对象?看字节码,就知道是两个。

一个对象是:new关键字在堆空间创建的
另一个对象是:字符串常量池中的对象"ab"。 字节码指令:ldc

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new String(“a”) + new String(“b”)呢?

对象1:new StringBuilder()——》根据变量拼接的原理是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"
深入剖析: StringBuilder的toString():
对象6 :new String(“ab”)
强调一下,toString()的调用,在字符串常量池中,没有生成"ab"

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亦可以分析如下代码,s1 + s2创建了两个对象

 @Test
    public void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        /*
        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();——》对象1
        ② s.append("a")
        ③ s.append("b")
        ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")-》对象2

         */
        String s4 = s1 + s2;//
    }

5.2 关于intern()的面试难题

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根据注解一点点分析如下代码

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"
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2);//jdk6:false   jdk7/8:false
        
        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为: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();//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
        String s4 = "11";//s4变量记录的地址:使用的是上一行代码代码执行时,在常量池中生成的"11"的地址
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6:false  jdk7/8:true
    }
}

我们可以继续很好的分析如下代码

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        //StringIntern.java中练习的拓展:
        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
    }
}

深入理解Java虚拟机——StringTable——超级详细篇_第14张图片

5.3 intern的练习题

public class StringExer1 {
    public static void main(String[] args) {
    //   String x = "ab";//创建一个对象
        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")创建五个对象
        //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
    }
}

如果加上 String x = “ab”;//创建一个对象如上图,,就会发现值就变成了true,false

public class StringExer2 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("ab");//执行完以后,会在字符串常量池中会生成"ab"
//        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();
        String s2 = "ab";
        System.out.println(s1 == s2);//false
    }
}

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。

6:StringTable的垃圾回收

public class StringGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            String.valueOf(j).intern();
        }
    }
}

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7:G1中的String去重操作

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。

  • 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hashtable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去重操作
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