第 12 章 字符串常量池 (String Table)、intern()方法、String的内存结构、相关面试题
第 12 章 StringTable
1、String 的基本特性
1.1、String 概述
String 的概述
- String：字符串，使用一对
“”引起来表示String s1 = "guizy" ; // 字面量的定义方式 String s2 = new String("moxi"); // new 对象的方式 - 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[]
为什么 JDK9 改变了 String 的结构
官方文档
http://openjdk.java.net/jeps/254
为什么改为 byte[] 存储？
在许多不同的应用程序收集数据表明:
字符串是堆使用的主要组成部分, 大多数字符串对象只包含拉丁字符, 只需要用到一个字节的空间, 之前用char[]数组, 站2个字节的空间, 实际用到只有一个字节。
- byte[] 数组 + 编码标志位的方式
- String类的当前实现将字符存储在
char数组中，每个字符使用两个字节(16位)。 - 从许多不同的应用程序收集的数据表明，
字符串是堆使用的主要组成部分，而且大多数字符串对象只包含拉丁字符。这些字符只需要一个字节的存储空间，因此这些字符串对象的内部char数组中有一半的空间将不会使用。 之前 String 类使用 UTF-16 的 char[] 数组存储，现在改为 byte[] 数组 外加一个编码标志位存储，该编码标志将指定 String 类中 byte[] 数组的编码方式- 结论：String再也不用char[] 来存储了，改成了byte [] 加上编码标记，节约了一些空间
- 同时基于
String的数据结构，例如StringBuffer和StringBuilder也同样做了修改
// 之前
private final char value[];
// 之后
private final byte[] value
1.2、String 的基本特征
String 的基本特征
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。
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。
代码
@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";
System.out.println(s1 == s2);// true, 表示指向字符串常量池中的同一地址
s1 = "hello";
System.out.println(s1 == s2);//判断地址：false, 表明s1从新开辟了一个存储空间
System.out.println(s1);//hello
System.out.println(s2);//abc
}
- 字节码指令
- 取字符串 “abc” 时，使用的是同一个符号引用：
#2 - 取字符串 “hello” 时，使用的是另一个符号引用：
#3
- 取字符串 “abc” 时，使用的是同一个符号引用：
0 ldc #2 <abc>
2 astore_1
3 ldc #2 <abc>
5 astore_2
6 ldc #3 <hello>
8 astore_1
9 getstatic #4 <java/lang/System.out>
12 aload_1
13 aload_2
14 if_acmpne 21 (+7)
17 iconst_1
18 goto 22 (+4)
21 iconst_0
22 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println>
25 getstatic #4 <java/lang/System.out>
28 aload_1
29 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
32 getstatic #4 <java/lang/System.out>
35 aload_2
36 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
39 return
-
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 -
代码
@Test
public void test2() {
String s1 = "abc";
String s2 = "abc";
s2 += "def";
System.out.println(s2);//abcdef
System.out.println(s1);//abc
}
- 字节码指令：
拼接操作(+)通过StringBuilder 的 append() 方法完成
0 ldc #2 <abc>
2 astore_1
3 ldc #2 <abc>
5 astore_2
6 new #7 <java/lang/StringBuilder>
9 dup
10 invokespecial #8 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 aload_2
14 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
17 ldc #10 <def>
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_2
26 getstatic #4 <java/lang/System.out>
29 aload_2
30 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
33 getstatic #4 <java/lang/System.out>
36 aload_1
37 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
40 return
- 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
@Test
public void test3() {
String s1 = "abc";
String s2 = s1.replace('a', 'm');
System.out.println(s1);//abc
System.out.println(s2);//mbc
}
来看看 replace() 方法的源码
- new String(buf, true); 后，
返回新的 String 对象
public String replace(char oldChar, char newChar) {
if (oldChar != newChar) {
int len = value.length;
int i = -1;
char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
while (++i < len) {
if (val[i] == oldChar) {
break;
}
}
if (i < len) {
char buf[] = new char[len];
for (int j = 0; j < i; j++) {
buf[j] = val[j];
}
while (i < len) {
char c = val[i];
buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
i++;
}
return new String(buf, true);
}
}
return this;
}
课后练习：String 的不可变性
- 代码
/**
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 23:44
*/
public class StringExer {
String str = new String("good");
char[] ch = {'t', 'e', 's', 't'};
public void change(String str, char ch[]) {
str = "test ok";
ch[0] = 'b';
}
public static void main(String[] args) {
StringExer ex = new StringExer();
ex.change(ex.str, ex.ch);
System.out.println(ex.str);//good
System.out.println(ex.ch);//best
}
}
str 的内容(重新赋值)并没有变：“test ok” 位于字符串常量池中的另一个区域（地址）， 进行赋值操作并没有修改原来 str 指向的引用的内容
1.3、String 的底层结构
String 底层
Hashtable结构的说明
字符串常量池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String Pool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()方法时性能会大幅下降。 - 使用
-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，StringTablesize设置没有要求 - 在
JDK8中，StringTable的长度默认值是60013，StringTable可以设置的最小值为1009
代码示例：设置 StringTable 的长度
- 代码
/**
* -XX:StringTableSize=1009
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 23:53
*/
public class StringTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 测试StringTableSize参数
System.out.println("我来打个酱油");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
通过 -XX:StringTableSize 设置 StringTable 长度
- JVM 参数
-XX:StringTableSize=6666
- jinfo 查看变量值
jps
jinfo -flag StringTableSize 进程id
测试不同 StringTable 长度下，程序的性能
- 代码
/**
* -XX:StringTableSize=1009
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 23:53
*/
public class StringTest2 {
public static void main(String[] args) {
BufferedReader br = null;
try {
br = new BufferedReader(new FileReader("words.txt"));
long start = System.currentTimeMillis();
String data;
while ((data = br.readLine()) != null) {
//如果字符串常量池中没有对应data的字符串的话，则在常量池中生成
data.intern();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));//1009:143ms 100009:47ms
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (br != null) {
try {
br.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
- -XX:StringTableSize=1009 ：
程序耗时 143ms - -XX:StringTableSize=100009 ：
程序耗时 47ms
2、String 的内存分配
2.1、String 内存分配演进过程
String 类型
- 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="atguigu.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。
- 通过
String str = "123"和String的intern()方法创建的字符串, 都存储在字符串常量池
String 内存分配的演进过程
Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代Java 7,字符串常量池的位置调整到Java堆内(因为字符串是经常需要回收的对象, 所以存放在堆中回收容易)- 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()。
- 所有的
Java8元空间，字符串常量池在堆中
2.2、为什么要调整 String 位置 (从永久代调到堆)
StringTable 为什么要调整？
官方文档
https://www.oracle.com/java/technologies/javase/jdk7-relnotes.html#jdk7changes
- 为什么要调整位置？
- 永久代的默认比较小
- 永久代垃圾回收频率低
堆中空间足够大，字符串可被及时回收
- 在JDK 7中，interned字符串不再在Java堆的永久代中分配，而是
在Java堆的主要部分（称为年轻代和年老代）中分配，与应用程序创建的其他对象一起分配。 - 此更改将导致驻留
在主Java堆中的数据更多，驻留在永久生成中的数据更少，因此可能需要调整堆大小。
代码示例
- 代码
/**
* jdk6中：
* -XX:PermSize=6m -XX:MaxPermSize=6m -Xms6m -Xmx6m
*
* jdk8中：
* -XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 0:36
*/
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<>();
//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());
}
}
}
- 异常日志说：我真没骗你，字符串真的在堆中（JDK8）
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:703)
at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)
at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)
at java.util.HashSet.add(HashSet.java:219)
at com.atguigu.java.StringTest3.main(StringTest3.java:22)
Process finished with exit code 1
3、String 的基本操作
核心思想
- 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。
题目一
- 代码
/**
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 0:49
*/
public class StringTest4 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println();//2330
System.out.println("1");//2331
System.out.println("2");
System.out.println("3");
System.out.println("4");
System.out.println("5");
System.out.println("6");
System.out.println("7");
System.out.println("8");
System.out.println("9");
System.out.println("10");//2340
//如下的字符串"1" 到 "10"不会再次加载
System.out.println("1");//2341
System.out.println("2");//2341
System.out.println("3");
System.out.println("4");
System.out.println("5");
System.out.println("6");
System.out.println("7");
System.out.println("8");
System.out.println("9");
System.out.println("10");//2341
}
}
-
分析字符串常量池的变化
- 程序启动时已经加载了 2330 个字符串常量
- 加载换行符
- 加载了字符串常量 “1”~“9”
- 加载字符串常量 “10”
- 之后的
字符串"1" 到 "10"不会再次加载
题目二
- 代码
/**
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 0:51
*/
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
}
- 分析运行时内存
（foo() 方法是实例方法，其实图中少了一个 this 局部变量）
4、字符串拼接操作
4.1、符串拼接操作的结论
字符串拼接操作的结论
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变量
拼接前后，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- 如果
存在，则返回字符串在常量池中的地址 - 如果字符串常量池中
不存在该字符串，则在常量池中创建一份，并返回此对象的地址
- 如果
常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
- 代码
@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
}
- 从字节码指令看出：
编译器做了优化，将 “a” + “b” + “c” 优化成了 “abc”
0 ldc #2 <abc>
2 astore_1
3 ldc #2 <abc>
5 astore_2
6 getstatic #3 <java/lang/System.out>
9 aload_1
10 aload_2
11 if_acmpne 18 (+7)
14 iconst_1
15 goto 19 (+4)
18 iconst_0
19 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
22 getstatic #3 <java/lang/System.out>
25 aload_1
26 aload_2
27 invokevirtual #5 <java/lang/String.equals>
30 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
33 return
- IDEA 反编译 class 文件后，来看这个问题
-
拼接前后，只要其中
有一个是变量，结果就在堆中 -
调用
intern() 方法，则主动将字符串对象存入字符串常量池中，并将其地址返回
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
// + 拼接, 底层使用了StringBuilder对象的apend()方法.
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，并返回此对象的地址。
String s8 = s6.intern();
System.out.println(s3 == s8);//true
}
- 从字节码角度来看：
拼接前后有变量，都会使用到 StringBuilder 类
0 ldc #6 <javaEE>
2 astore_1
3 ldc #7 <hadoop>
5 astore_2
6 ldc #8 <javaEEhadoop>
8 astore_3
9 ldc #8 <javaEEhadoop>
11 astore 4
13 new #9 <java/lang/StringBuilder>
16 dup
17 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
20 aload_1
21 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
24 ldc #7 <hadoop>
26 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
29 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
32 astore 5
34 new #9 <java/lang/StringBuilder>
37 dup
38 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
41 ldc #6 <javaEE>
43 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
46 aload_2
47 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
50 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
53 astore 6
55 new #9 <java/lang/StringBuilder>
58 dup
59 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
62 aload_1
63 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
66 aload_2
67 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
70 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
73 astore 7
75 getstatic #3 <java/lang/System.out>
78 aload_3
79 aload 4
81 if_acmpne 88 (+7)
84 iconst_1
85 goto 89 (+4)
88 iconst_0
89 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
92 getstatic #3 <java/lang/System.out>
95 aload_3
96 aload 5
98 if_acmpne 105 (+7)
101 iconst_1
102 goto 106 (+4)
105 iconst_0
106 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
109 getstatic #3 <java/lang/System.out>
112 aload_3
113 aload 6
115 if_acmpne 122 (+7)
118 iconst_1
119 goto 123 (+4)
122 iconst_0
123 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
126 getstatic #3 <java/lang/System.out>
129 aload_3
130 aload 7
132 if_acmpne 139 (+7)
135 iconst_1
136 goto 140 (+4)
139 iconst_0
140 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
143 getstatic #3 <java/lang/System.out>
146 aload 5
148 aload 6
150 if_acmpne 157 (+7)
153 iconst_1
154 goto 158 (+4)
157 iconst_0
158 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
161 getstatic #3 <java/lang/System.out>
164 aload 5
166 aload 7
168 if_acmpne 175 (+7)
171 iconst_1
172 goto 176 (+4)
175 iconst_0
176 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
179 getstatic #3 <java/lang/System.out>
182 aload 6
184 aload 7
186 if_acmpne 193 (+7)
189 iconst_1
190 goto 194 (+4)
193 iconst_0
194 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
197 aload 6
199 invokevirtual #13 <java/lang/String.intern>
202 astore 8
204 getstatic #3 <java/lang/System.out>
207 aload_3
208 aload 8
210 if_acmpne 217 (+7)
213 iconst_1
214 goto 218 (+4)
217 iconst_0
218 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
221 return
4.2、字符串拼接的底层细节
字符串拼接的底层细节 : ( + )
代码示例 1
- 代码
`String s4 = s1 + s2; 底层做了什么事情?
- 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”)
④s.toString()-->约等于new String(“ab”)- 所以 s1 + s2, 相当于
重新new了一个String对象
@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;//"ab"
System.out.println(s3 == s4);//false
}
- 字节码指令
0 ldc #14 <a>
2 astore_1
3 ldc #15 <b>
5 astore_2
6 ldc #16 <ab>
8 astore_3
9 new #9 <java/lang/StringBuilder>
12 dup
13 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
16 aload_1
17 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
20 aload_2
21 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
27 astore 4
29 getstatic #3 <java/lang/System.out>
32 aload_3
33 aload 4
35 if_acmpne 42 (+7)
38 iconst_1
39 goto 43 (+4)
42 iconst_0
43 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
46 return
-
分析拼接的步骤
new StringBuilder()
9 new #9 <java/lang/StringBuilder> 12 dup 13 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>- 加载字符串变量，进行
append 操作
16 aload_1 17 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append> 20 aload_2 21 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append> 24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>- 调用
StringBuilder 类的 toString() 方法，转换为字符串，并存储在局部变量中
24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString> 27 astore 4
代码示例 2
代码
- 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。- 此时下面的
s1,s2都加上了final, 变为了常量, 拼接常量引用,在编译器优化, 不是使用StringBuilder的方式
- 此时下面的
- 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。
/*
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(){
final String s1 = "a";
final String s2 = "b";
String s3 = "ab";
String s4 = s1 + s2;
System.out.println(s3 == s4);//true
}
- 从字节码角度来看：为变量 s3 赋值时，直接使用 #16 符号引用，即字符串常量 “ab”
0 ldc #14 <a>
2 astore_1
3 ldc #15 <b>
5 astore_2
6 ldc #16 <ab>
8 astore_3
9 ldc #16 <ab>
11 astore 4
13 getstatic #3 <java/lang/System.out>
16 aload_3
17 aload 4
19 if_acmpne 26 (+7)
22 iconst_1
23 goto 27 (+4)
26 iconst_0
27 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
30 return
- IDEA 反编译结果
课后练习
- 代码
//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
// 相当于 String s5 = "javaEE" + "hadoop";
String s5 = s4 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s5);//true
}
- 字节码指令：
ldc #8（带 final 的变量在编译时就已经确定了该变量的值，当做常量来处理）final修饰的变量在编译时就确定了值
0 ldc #8 <javaEEhadoop>
2 astore_1
3 ldc #6 <javaEE>
5 astore_2
6 new #9 <java/lang/StringBuilder>
9 dup
10 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 aload_2
14 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
17 ldc #7 <hadoop>
19 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_3
26 getstatic #3 <java/lang/System.out>
29 aload_1
30 aload_3
31 if_acmpne 38 (+7)
34 iconst_1
35 goto 39 (+4)
38 iconst_0
39 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
42 ldc #6 <javaEE>
44 astore 4
46 ldc #8 <javaEEhadoop>
48 astore 5
50 getstatic #3 <java/lang/System.out>
53 aload_1
54 aload 5
56 if_acmpne 63 (+7)
59 iconst_1
60 goto 64 (+4)
63 iconst_0
64 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
67 return
拼接操作与append 操作的效率对比
- 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 (+) - 分析原因：
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
String的字符串拼接 ( + )的方式：- 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。
- 内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，
- 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);
- 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,
代码
@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
}
}
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");
}
}
通过字节码分析
- method1() 方法的字节码指令：
- 每次 for 循环都会创建一个 StringBuilder 对象
- 调用 StringBuilder 的 toString() 方法又会创建新的 String 对象
0 ldc #23
2 astore_2
3 iconst_0
4 istore_3
5 iload_3
6 iload_1
7 if_icmpge 36 (+29)
10 new #9 <java/lang/StringBuilder>
13 dup
14 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
17 aload_2
18 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
21 ldc #14 <a>
23 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
26 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
29 astore_2
30 iinc 3 by 1
33 goto 5 (-28)
36 return
- method2() 方法的字节码指令：
0 new #9 <java/lang/StringBuilder>
3 dup
4 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
7 astore_2
8 iconst_0
9 istore_3
10 iload_3
11 iload_1
12 if_icmpge 28 (+16)
15 aload_2
16 ldc #14 <a>
18 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
21 pop
22 iinc 3 by 1
25 goto 10 (-15)
28 return
关于 StringBuilder 构造器
- StringBuilder 构造器：可传入一个 int 类型的变量，用于初始化内部的 char[] 数组
public StringBuilder(int capacity) {
super(capacity);
}
- AbstractStringBuilder（StringBuilder 的父类）的构造器
AbstractStringBuilder(int capacity) {
value = new char[capacity];
}
5、intern() 的使用
5.1、intern() 方法的说明
intern() 方法的说明
public native String intern();
关于 intern() 方法的说明
intern是一个native方法，调用的是底层C的方法- 字符串池最初是空的，由String类私有地维护。在
调用intern方法时 :- 如果池中已经包含了由
equals(object)方法确定的与该字符串对象相等的字符串，则返回池中的字符串。 - 否则该字符串对象将被添加到池中，并返回对该字符串对象的引用。
- 如果池中已经包含了由
- 创建字符串后, 将字符串放到字符串常量池的两种方式 :
String str = "abc" 的这种字面量方式- 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 guizy").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）
5.2、new String() 的说明
new String(“ab”)会创建几个对象？
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
- 一个对象是：
代码
/**
* 题目：
* 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
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:38
*/
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
String str = new String("ab");
}
}
- 字节码指令
0 new #2 <java/lang/String>
3 dup
4 ldc #3 <ab>
6 invokespecial #4 <java/lang/String.<init>>
9 astore_1
10 return
0 new #2：在堆中创建了一个 String 对象4 ldc #3：在字符串常量池中放入 “ab”（如果之前字符串常量池中没有 “ab” 的话）
new String(“a”) + new String(“b”) 会创建几个对象？
- new String(“a”) + new String(“b”)呢？
对象1：new StringBuilder() —> 拼接符号底层创建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(), 会创建一个new String对象
对象6：new String(“ab”)但是强调一下,toString()的调用， 这个new String("ab")，在字符串常量池中，没有生成"ab"
代码
/**
* 思考：
* 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"
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:38
*/
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
String str = new String("a") + new String("b");
}
}
- 字节码指令
0 new #2 <java/lang/StringBuilder>
3 dup
4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init>>
7 new #4 <java/lang/String>
10 dup
11 ldc #5 <a>
13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
19 new #4 <java/lang/String>
22 dup
23 ldc #8 <b>
25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
34 astore_1
35 return
- 字节码指令分析：
0 new #2：拼接字符串会创建一个 StringBuilder 对象7 new #4：创建 String 对象，对应于 new String(“a”)11 ldc #5：在字符串常量池中放入 “a”（如果之前字符串常量池中没有 “a” 的话）19 new #4：创建 String 对象，对应于 new String(“b”)23 ldc #8：在字符串常量池中放入 “b”（如果之前字符串常量池中没有 “b” 的话）31 invokevirtual #9：调用 StringBuilder 的 toString() 方法，会生成一个 String 对象
深入剖析 StringBuilder 的toString() 方法
- toString() 方法
@Override
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
- value 是个 char[] 数组
char[] value;
5.3、有点难的面试题
有点难的面试题
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();
- 因为new StringBuilder底层调用toString方法,创建的String对象, 不会再常量池中存放, 所以要再调用
intern方法, 放到字符串常量池中
- 因为new StringBuilder底层调用toString方法,创建的String对象, 不会再常量池中存放, 所以要再调用
下面代码可能用到:
代码
/**
* 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();
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 18:49
*/
public class StringIntern {
public static void main(String[] args) {
// 创建了两个对象. 堆中,常量池中
String s = new String("1");
s.intern();//这方法其实没啥屌用，调用此方法之前，字符串常量池中已经存在"1"
String s2 = "1";
/*
jdk6：false jdk7/8：false
因为 s 指向堆空间中的 "1" ，s2 指向字符创常量池中的 "1"
*/
System.out.println(s == s2); // false
// 执行完下一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
// 见代码上的图分析
String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为：new String("11")
/*
s3.intern()的意义:
如何理解：jdk6:会在常量池创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
jdk7:此时常量池中并没有创建对象"11",而是在常量池中 记录了 指向堆空间中new String("11")的地址（节省空间）
因为常量池在jdk8也放到了堆中,为了节约堆空间的内存,
s3.intern()的时候,不会创建新的对象"11",而是引用的
是new String("11")的地址
*/
s3.intern(); // 在字符串常量池中生成"11" /
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
// jdk6：false jdk7/8：true
System.out.println(s3 == s4);
}
}
上面代码内存分析
- JDK6 ：正常眼光判断即可
- new String() 即在
堆中 - str.intern() 则把
字符串放入常量池中
- new String() 即在
- JDK7/8 ：这就有点不一样了
- new String() 即在
堆中 - str.intern() 则把
字符串放入常量池中，出于节省空间的目的，如果 str 不存在于字符串常量池中，则将 str 在堆中的引用存储在字符串常量池中，没错，字符串常量池中存的是 str 在堆中的引用，所以 s3 == s4 为 true
- new String() 即在
面试题的拓展
/**
* StringIntern.java中练习的拓展：
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 22:10
*/
public class StringIntern1 {
public static void main(String[] args) {
//执行完下一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
//在字符串常量池中生成对象"11"
String s4 = "11";
String s5 = s3.intern();
// s3 是堆中的 "ab" ，s4 是字符串常量池中的 "ab"
System.out.println(s3 == s4);//false
// s5 是从字符串常量池中取回来的引用，当然和 s4 相等
System.out.println(s5 == s4);//true
}
}
5.4、intern() 方法的总结
关于 intern() 的总结
JDK1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。- 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
- 如果没有，会
把此对象复制一，放入串池，并返回串池中的对象地址
JDK1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。- 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
- 如果没有，则会
把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址
5.5、intern() 方法的练习
intern() 方法的课后练习
练习 1
- 代码
/**
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:17
*/
public class StringExer1 {
public static void main(String[] args) {
//在下一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"
String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
/*
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; 也就是上面的s
*/
String s2 = s.intern();
System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true jdk8:true
System.out.println(s == "ab");//jdk6:false jdk8:true
}
}
- JDK 6 中：在串池中创建一个字符串"ab"
- JDK 7/8 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
练习 2
- 代码
/**
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:17
*/
public class StringExer1 {
public static void main(String[] args) {
// 在这儿加一句
String x = "ab";
//在下一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"
String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
/*
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
*/
String s2 = s.intern();
System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true jdk8:true
System.out.println(s == "ab");//jdk6:false jdk8:false
}
}
- 内存分析
练习 3
- 代码 1
/**
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:26
*/
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"
s1.intern();
String s2 = "ab";
System.out.println(s1 == s2); // false
}
}
- 代码 2
/**
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 20:26
*/
public class StringExer2 {
// 对象内存地址可以使用System.identityHashCode(object)方法获取
public static void main(String[] args) {
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"
System.out.println(System.identityHashCode(s1));
s1.intern();
System.out.println(System.identityHashCode(s1));
String s2 = "ab";
System.out.println(System.identityHashCode(s2));
System.out.println(s1 == s2); // true
}
}
/* 程序运行结果
21685669
21685669
21685669
true
*/
5.6、intern() 方法效率测试
intern() 的效率测试
- 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。
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 21:17
*/
public class StringIntern2 {
static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
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();
}
}
- 直接 new String ：由于每个 String 对象都是 new 出来的，所以程序
需要维护大量存放在堆空间中的 String 实例，程序内存占用也会变高
使用 intern() 方法：由于数组中字符串的引用都指向字符串常量池中的字符串，所以程序需要维护的 String 对象更少，内存占用也更低
结论：
- 对于程序中大量使用存在的字符串时，尤其存在很多已经重复的字符串时，
使用intern()方法能够节省内存空间。 - 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，就会很明显降低内存的大小。
6、StringTable 的垃圾回收
- 代码
/**
* String的垃圾回收:
* -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
*
* @author shkstart [email protected]
* @create 2020 21:27
*/
public class StringGCTest {
public static void main(String[] args) {
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
String.valueOf(j).intern();
}
}
}
- JVM 参数
-Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
- 程序日志：
- 在 PSYoungGen 区发生了垃圾回收
- Number of entries 和 Number of literals 明显没有 100000
- 以上两点均说明 StringTable 区发生了垃圾回收
Heap
PSYoungGen total 4608K, used 3883K [0x00000000ffb00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 4096K, 82% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffe50fb0,0x00000000fff00000)
from space 512K, 95% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7a020,0x00000000fff80000)
to space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
ParOldGen total 11264K, used 228K [0x00000000ff000000, 0x00000000ffb00000, 0x00000000ffb00000)
object space 11264K, 2% used [0x00000000ff000000,0x00000000ff039010,0x00000000ffb00000)
Metaspace used 3472K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
SymbolTable statistics:
Number of buckets : 20011 = 160088 bytes, avg 8.000
Number of entries : 14158 = 339792 bytes, avg 24.000
Number of literals : 14158 = 603200 bytes, avg 42.605
Total footprint : = 1103080 bytes
Average bucket size : 0.708
Variance of bucket size : 0.711
Std. dev. of bucket size: 0.843
Maximum bucket size : 6
StringTable statistics:
Number of buckets : 60013 = 480104 bytes, avg 8.000
Number of entries : 62943 = 1510632 bytes, avg 24.000
Number of literals : 62943 = 3584040 bytes, avg 56.941
Total footprint : = 5574776 bytes
Average bucket size : 1.049
Variance of bucket size : 0.824
Std. dev. of bucket size: 0.908
Maximum bucket size : 5
Process finished with exit code 0
String.valueOf() 方法源码
- String 类的 valueOf() 方法
public static String valueOf(int i) {
return Integer.toString(i);
}
Integer.toString() 方法中执行了 new String() ，即在堆中创建了一个 String 对象
public static String toString(int i) {
if (i == Integer.MIN_VALUE)
return "-2147483648";
int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
char[] buf = new char[size];
getChars(i, size, buf);
return new String(buf, true);
}
7、G1 中的 String 去重操作
官方文档
- http://openjdk.java.net/jeps/192
String 去重操作的背景
- 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：
- str1.equals(str2)= 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。
String 去重的的具体实现
- 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。
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。
- PrintStringDeduplicationStatistics(bool) ：打印详细的去重统计信息
- stringDeduplicationAgeThreshold(uintx) ：达到这个年龄的String对象被认为是去重的候选对象