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
String存储结构变更
2：String的内存分配
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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。
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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
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Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代。
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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());
}
}
3：String的基本操作
实例1
实例2
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
}
}
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
}
- 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
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
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"
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
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
}
}
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();
}
}
}
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
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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
