【JVM学习-5】字符串常量池StringTable
文章目录
- 1. String的基本特性
- 2. String的内存分配
- 2.1 StringTable为什么要调整
- 3. String的基本操作
- 4.字符串拼接操作
- 4.1 编译期优化
- 4.2 字符串变量拼接
- 4.3 字符串拼接
- 4.4 final 修饰字符串拼接
- 4.5 拼接操作与append的效率对比
- 5. intern()的使用
- 5.1 面试题
- 5.1.1 new String("ab")会创建几个对象
- 5.1.2 new String("a")+new String("b")会创建几个对象呢
- 5.1.3 关于String.intern()的面试题
- 5.1.4 关于String.intern()的面试题拓展
- 5.2 总结String的intern（）的使用
- 5.3 练习
- 5.3.1 练习1
- 5.3.2 练习2
- 5.4 intern()效率测试
- 5.4.1 效率测试代码
- 5.4.2 不使用intern()
- 5.4.3 使用intern()
- 5.4.4 结论
- 6. StrtingTable的垃圾回收
- 7. G1中的String去重操作
- 7.1 背景
- 7.2 实现
- 7.3 命令行选项
1. String的基本特性
- String：字符串，使用一对""引起来表示。
String sl = "hello"；//字面量的定义方式
String s2 = new String（"hello"） ；
-
String声明为final的， 不可被继承
-
String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。
-
实现了Comparable接口：表示String可以比较大小
-
String在jdk8及以前内部定义了final char[],value用于存储字符串数据。jdk9时改为byte[]
结论： String再也不用char[] 来存储啦，改成了byte[] 加上编码标记，节约了一些空间。StringBuffer和StringBuilder也做了一些修改
public final class String implements java.io.Serializable， Comparable<String>,CharSequence {
@Stable
private final byte[] value；
}
- String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。
- 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
- 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
- 当调用String的replace（）方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
通过字面量的方式（区别于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。
/**
* String的基本使用:体现String的不可变性
*/
public class StringTest1 {
@Test
public void test1() {
String s1 = "abc";//字面量定义的方式，"abc"存储在字符串常量池中
String s2 = "abc";
s1 = "hello";
System.out.println(s1 == s2);//判断地址：true --> false
System.out.println(s1);//hello
System.out.println(s2);//abc
}
@Test
public void test2() {
String s1 = "abc";
String s2 = "abc";
s2 += "def";
System.out.println(s2);//abcdef
System.out.println(s1);//abc
}
@Test
public void test3() {
String s1 = "abc";
String s2 = s1.replace('a', 'm');
System.out.println(s1);//abc
System.out.println(s2);//mbc
}
}
字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的。
- String的String Pool 是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进StringPool的String非常多， 就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String. intern时性能会大幅下降。
- 使用
一XX： StringTableSize可设置StringTable的长度 - 在jdk6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。StringTableSize设 置没有要求
- 在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013
- jdk8开始,1009是StringTable长度可设置的最小值,StringTable的长度默认值是60013
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 = “abc” ； - 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
- 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。
- 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，和其他普通对象一样，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
| jdk1.6及之前 | ：有永久代（permanent generation） ，静态变量存放在永久代上 |  |
|---|---|---|
| jdk1.7 | ：有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中，此时的堆保存再虚拟空间，对物理空间有映射 |  |
| jdk1.8及之后 | ： 无永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量仍在堆 |  |
2.1 StringTable为什么要调整
- ①永久代permSize默认比较小;
- ②永久代的垃圾回收频率低;
3. String的基本操作
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Java语言规范里要求完全相同的字符串字面量，应该包含同样的Unicode字符序列(包含同一份码点序列的常量)，并且必须是指向同一个String类实例。
public class stringTest4 {
public static void main(String[] args) {
system.out . println();//java.long.String 2293
System.out.printn("1");//2294
system. out . print1n("2");//2295
system.out . println("3");
system.out . println("4");
system.out . println("5");
system. out .println("6");
System. out . print1n("7");
system.out . println("8");
system.out . println("9");
system. out . println("10");//2303
//如下的字符串不会再次加载
System.out.printn("1");//2304
system. out . print1n("2");//2304
system.out . println("3");//2304
system.out . println("4");
system.out . println("5");
system. out .println("6");
System. out . print1n("7");
system.out . println("8");
system.out . println("9");
system. out . println("10");//2304
}
}
class Memory {
public static void main(String[] args) {//line 1
int i = 1;//line 2
Object obj = new Object();//line 3
Memory mem = new Memory();//line 4
mem.foo(obj);//line 5
}//line 9
private void foo(Object param) {//line 6
String str = param.toString();//line 7
System.out.println(str);
}//line 8
}
在第7行中创建一个字符串，该字符串进入堆空间的字符串池，并在foo堆栈空间中为其创建引用
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。
4.1 编译期优化
常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
@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
}
 |
 |
|---|
4.2 字符串变量拼接
.只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder
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()
@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
}
4.3 字符串拼接
@Test
public void test3(){
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "ab";
/*
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();
② s.append("a")
③ s.append("b")
④ s.toString() --> 约等于 new String("ab")
补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,
在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
*/
String s4 = s1 + s2;//
System.out.println(s3 == s4);//false
}
 |
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(); |
| ② s.append("a") | |
| ③ s.append("b") | |
| ④ s.toString() --> 约等于 new String("ab") | |
| 补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder, 在jdk5.0之前使用的是StringBuffer | |
4.4 final 修饰字符串拼接
/*
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。
*/
@Test
public void test4(){
//当final变量是基本数据类型以及String类型时，如果在编译期间能知道它的确切值，则编译器会把它当做编译期常量使用。也就是说在
//用到该final变量的地方，相当于直接访问的这个常量，不需要在运行时确定。而对于普通变量的访问却需要在运行时通过链接来进行。
//通俗易懂的说/当final变量是基本数据类型以及String类型时，变量就变为常量了
final String s1 = "a";
final String s2 = "b";
String s3 = "ab";
String s4 = s1 + s2;//相当于s4="a"+"b"
System.out.println(s3 == s4);//true
}
//练习：
@Test
public void test5(){
String s1 = "javaEEhadoop";
String s2 = "javaEE";
String s3 = s2 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s3);//false
final String s4 = "javaEE";//s4:常量
String s5 = s4 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s5);//true
}
4.5 拼接操作与append的效率对比
append效率要比字符串拼接高很多
/*
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]
*/
@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));
}
// 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。
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
}
}
//StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
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");
}
}
| method1 | method2 |
|---|---|
 |
 |
| 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。 | StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象 |
改进的空间：StringBuildery一开始空间大小是16个字节，当再次增加，就要进行扩容操作，增加为自身长度的一倍然后再加2，比如说上面的案例，我们就要进行多次扩容，这样就需要花费很多时间，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，减少扩容次数,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在，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 u").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）。
5.1 面试题
5.1.1 new String(“ab”)会创建几个对象
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
String str = new String("ab");
}
}
- 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
5.1.2 new String(“a”)+new String(“b”)会创建几个对象呢
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
String str = new String("a") + new String("b");
}
}
- new String(“a”) + new String(“b”)呢？
- 对象1：new 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"
5.1.3 关于String.intern()的面试题
/**
* 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();
*
*/
public class StringIntern {
public static void main(String[] args) {
String s = new String("1");
String s1 = 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";
//s 指向堆空间"1"的内存地址
//s1 指向字符串常量池中"1"的内存地址
//s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址 所以 s1==s2
System.out.println(s == s2);//jdk6：false jdk7/8：false
System.out.println(s1 == s2);//jdk6: true jdk7/8：true
System.out.println(System.identityHashCode(s));//491044090
System.out.println(System.identityHashCode(s1));//644117698
System.out.println(System.identityHashCode(s2));//644117698
//s3变量记录的地址为：new String("11")
String s3 = new String("1") + new String("1");
//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！！
//在字符串常量池中生成"11"。
s3.intern();//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
//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
String s4 = "11";
System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false jdk7/8：true
}
}
5.1.4 关于String.intern()的面试题拓展
交换位置
String s4 = “11”;//在字符串常量池中生成对象"11"
String s5 = s3.intern();
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
}
}
5.2 总结String的intern（）的使用
- jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入字符串常量池。
➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的字符串常量池中的对象的地址
➢如果没有，会把此对象复制一份，放入字符串常量池，并返回字符串常量池中的对象地址 - Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的字符串常量池中的对象的地址
➢如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入字符串常量池，并返回字符串常量池中的引用地址
5.3 练习
5.3.1 练习1
public class StringExer1 {
public static void main(String[] args) {
//String x = "ab";
String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
//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：在字符串常量池中创建一个字符串"ab"
//jdk8中：字符串常量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
}
}
jdk6
jdk7/8
5.3.2 练习2
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);
//String s1 = new String("ab");----》JDK8:false,JDK6：false
//String s1 = new String("a") + new String("b");-----》JDK8:ture,JDK6：false
}
}
5.4 intern()效率测试
大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储：北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用
intern（）方法，就会明显降低内存的大小。
5.4.1 效率测试代码
/**
* 使用intern()测试执行效率：空间使用上
*
* 结论：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。
*
*/
public class StringIntern2 {
static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;//一千万
static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];
public static void main(String[] args) {
Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {
// arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));
arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.gc();
}
}
5.4.2 不使用intern()
arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));
5.4.3 使用intern()
arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();
5.4.4 结论
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. StrtingTable的垃圾回收
/**
* String的垃圾回收:空间大小15M,打印字符串常量池的重要信息，打印垃圾回收的信息
* -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
*
*/
public class StringGCTest {
public static void main(String[] args) {
// for (int j = 0; j < 100; j++) {
// String.valueOf(j).intern();
// }
//发生垃圾回收行为
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
String.valueOf(j).intern();
}
}
}
7. G1中的String去重操作
7.1 背景
- 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：
String1.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。
7.2 实现
- 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。
7.3 命令行选项
- 命令行选项
- ➢UseStringDeduplication （bool） ：开启String去重，默认是不开启的，需要手动开启。
- ➢PrintStringDedupl icationStatistics （bool） ：打印详细的去重统计信息，
- ➢StringDedupl icationAgeThreshold （uintx） ：达到这个年龄的String对象被认.为是去重的候选对象