Java字符串常量池

一、开篇

同学们面试的时候总会被问到字符串常量池的问题吧？如果你是死记硬背的答案，那么我想看了我这篇文章，你应该以后能胸有成竹了。

跟着Alan，走起！

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二、概述

1. 常量池表（constant_pool table）

1. Class文件中存储所有常量（包括字符串）的table。
2. 它是Class 字节码文件中的一类结构化数据，还不是运行时的内容。

2. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

1. JVM 运行时内存中方法区的一部分，这是运行时的内容。
2. 这部分数据绝大部分是随着JVM 运行，从常量池表转化而来，每个Class 都对应一个运行时常量池。
3. 上面说绝大部分是因为：除了Class 中常量池内容，还可能包括动态生成并加入这里的内容。

3. 字符串常量池（String Pool）

1. 字符串常量池与运行时常量池不是一个概念：

   • String Pool 是JVM 实例全局共享的全局只有一个，而Runtime Constant Pool 每个类都有一个。
   • String Pool 只记录字符串对象，而Runtime Constant Pool 记录各种对象。

2. JVM规范要求进入这里的String 实例叫“被驻留的字符串 - interned string”，各个JVM 可以有不同的实现，HotSpot 是设置了一个哈希表 - StringTable 来引用堆中的字符串实例，被引用就是被驻留。

3. 字符串池在JDK 1.7 之后存在于Heap 堆中，旧版存在于方法区中。

4. 享元模式

其实字符串常量池这个问题涉及到一个设计模式，叫“享元模式”，顾名思义 - - - > 共享元素模式。

也就是说：一个系统中如果有多处用到了相同的一个元素，那么我们应该只存储一份此元素，而让所有地方都引用这一个元素。

Java中String部分就是根据享元模式设计的，而那个存储元素的地方就叫做“字符串常量池 - String Pool”。

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为了描述准确，以下我将用上述的3个英文来描述：constant_pool table、Runtime Constant Pool、String Pool。

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三、详解

感觉好像前面1和2说了点概念，就好像快说完了…… 那直接来个Example 吧！

在*.java文件中有如下代码：

int a = 1;
String b = "asd";

1. 首先，1和"asd"会在经过javac（或者其他编译器）编译过后变为Class文件中constant_pool table的内容。

2. 当我们的程序运行时，也就是说JVM运行时，每个Class字节码 constant_pool table中的内容会被加载到JVM 内存中的方法区中各自Class对象的Runtime Constant Pool中。

3. 一个没有被String Pool包含的Runtime Constant Pool中的字符串（这里是"asd"）会被加入到String Pool中（HosSpot 使用hashtable 引用方式），步骤如下：

   1. 在Java Heap 中根据"asd"字面量创建一个字符串对象。

   2. 将字面量"asd"与字符串对象的引用在hashtable 中关联起来，键 - 值 形式是："asd" = 对象的引用地址。

另外来说，当一个新的字符串出现在Runtime Constant Pool中时怎么判断需不需要在Java Heap中创建新对象呢？

• 策略是这样：

  会先去根据equals来比较Runtime Constant Pool中的这个字符串是否和String Pool中某一个是相等的（也就是找是否已经存在），如果有那么就不创建，直接使用其引用；反之，如上3。

如此，就实现了享元模式，提高的内存利用效率。

四、例子

上面的描述其实对于能看到这篇文章的程序员们来说很好懂，下面我们来分析两个具体的问题。

1. String s = new String(“abc”) 创建了几个对象？

   结论：2个或1个。

   解析：

   1. 首先，出现了字面量"abc"，那么去String Pool中查找是否有相同字符串存在：如果存在就不会新建对象，否则就在Heap 中用字面量"abc"首先创建1个String 对象。

   2. 接着，new String("abc")，关键字new 一定会在Heap 中创建1个新对象，然后调用接收String 参数的构造器进行初始化。变量s的引用是这个String 对象。

2. 说明以下程序的输出？

   public static void main(String[] args) {
       String s1 = "abc";
       String s2 = new String("abc");
       String s3 = "a" + "bc";
       System.out.println(s1 == s2);
       System.out.println(s1 == s3);
       System.out.println(s1 == s1.intern());
   }

   结论：

   System.out.println(s1 == s2);//flase
   System.out.println(s1 == s3);//true
   System.out.println(s1 == s1.intern());//true

   解析

   1. 首先，与题1所答同理，s1 和s2 肯定不是一个引用。

   2. 其次String s3 = "a" + "bc";这行代码最终是"abc"，根据s1，它已经在String pool中了，所以s3和s1是引用的同一个对象。

   3. 最后，s1.intern()方法：将某个String对象在运行期动态的加入String pool（如果pool中已经有一个了就不加）并返回String pool中保证唯一的一个字符串对象的引用。所以，还是会返回和s1同一个对象的引用，所以true。

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完

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参考文献：

[ 1 ] 周志明．深入理解Java虚拟机[M]．第2版．北京：机械工业出版社，2015.8.
[ 2 ] Tim Lindholm,Frank Yellin,Gilad Bracha,Alex Buckley.The Java® Virtual Machine Specification . Java SE 8 Edition . 英文版[EB/OL].2015-02-13.
[ 3 ] James Gosling,Bill Joy,Guy Steele,Gilad Bracha,Alex Buckley.The Java® Language Specification . Java SE 8 Edition . 英文版[EB/OL].2015-02-13.

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追加记录一个我追踪OpenJDK 关于String pool实现方式的相关记录，还没有追到底

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1. String的native String intern()方法源码
   openjdk\jdk\src\share\native\java\lang\String.c

   
   #include "jvm.h"
   
   
   #include "java_lang_String.h"
   
   
   JNIEXPORT jobject JNICALL
   Java_java_lang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this)
   {
    return JVM_InternString(env, this);
   }

2. 在jvm头文件中
   openjdk\jdk\src\share\javavm\export\jvm.h

   /*
   * java.lang.String
   */
   JNIEXPORT jstring JNICALL
   JVM_InternString(JNIEnv *env, jstring str);

3. 在jvm.cpp文件中
   openjdk\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp

   // String support ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   
   JVM_ENTRY(jstring, JVM_InternString(JNIEnv *env, jstring str))
   JVMWrapper("JVM_InternString");
   JvmtiVMObjectAllocEventCollector oam;
   if (str == NULL) return NULL;
   oop string = JNIHandles::resolve_non_null(str);
   oop result = StringTable::intern(string, CHECK_NULL);
   return (jstring) JNIHandles::make_local(env, result);
   JVM_END