字符串常量池，看这篇就够了（一）
哈喽，我是子牙。十余年技术生涯，一路披荆斩棘从技术小白到技术总监到JVM专家到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核。特别喜欢研究虚拟机底层实现，对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核，很硬的那种。
手撸过JVM、内存池、垃圾回收算法、synchronized、线程池、NIO、三色标记算法…
今天准备跟大家聊啥呢？字符串常量池，即Java代码中的字符串在JVM中到底是如何存储的。
分析问题的时候，我们需要把一道高度抽象的问题提炼成一道追寻本质的问题。讲道理的时候，一招制敌的秘诀是：以不变应万变。这两段代码就是你玩透Java字符串的根本，围棋术语叫“棋眼”，就是说Java世界字符串圈，一切一切的变化，都是从这两段代码衍生出来的。
问题分析
研究事物，有两个角度：研究者角度、设计者角度。研究者角度就是说我们从学习的角度出发，去追寻事物的轨迹，沿着轨迹往下深挖，讲人话就是读源码去理解设计者的想法。设计者角度就是说我们假想我们要做一件事情，我们会怎么去做，前面有哪些选择，对每种选择进行利弊分析，最终做取舍。
相信大家很多时候都是从研究者的角度去研究问题，今天咱们换个思维，从设计者的角度去研究这个问题。
浓缩成一个本质的问题就是：如果我们来写一个JVM，我们如何处理字符串。这个问题很简单了，使用散列表，即hashtable。这里需要注意一下，Java世界存在两个hashtable类型结构：Java的HashTable及HashMap，纯Java实现的；Hotspot的hashtable，纯C++实现的。我们今天探讨的是Hotspot源码中的hashtable。
很多小伙伴一看到C++，就心生恐惧…或者心想：这是我不花钱就能看的吗？这是这个水平的我能看的吗？我真的是太懂了…
额，别怕，今天木有任何源码！只有子牙学了许久AE绘制的独领风骚小动图，帮你准确快速精准拿捏。额，想看源码的也别灰心，下篇纯源码，满足你。只要你想看，我故意翻个车也不是不可以，留言回复：想看翻车
hashtable
为了保证文章的完整性，我准备把hashtable细讲下。如果你觉得这块你非常熟悉，同样建议看一遍，一定有收获
首先上个图，看hashtable是如何工作的，涉及到的名词、现象，等下细讲
说下hashtable的底层实现，主流两种方式：数组+单链表、数组+红黑树。你硬要说有第三种也行：数组+单链表+红黑树。你可能一下子很多问题冒出来了：为什么要这样实现？不同实现方法有什么区别？别急，都会说到。
先了解下数组+单链表是怎么玩的。我们这个图画的就是数组+单链表。
第一步：当字符串ziya到来，迎接它的是hash算法。hash算法又叫散列算法，实现思路有很多，这里不展开讲，感兴趣的小伙伴自行百度。达到的效果就是生成buckets index。假如字符串ziya经过hash算法运算得出buckets index等于2。
第二步：buckets的数据结构是数组。第一步生成的就是该数组的下标。这时候会将字符串ziya封装成一个链表节点Node，这里字符串ziya是index=2的第一个元素，就将字符串ziya封装成的链表节点Node作为链表头，将Node的内存地址存入index=2的位置。
这时候我们要思考一个问题：buckets是数组，写过C++代码的都知道，不指定数组长度是无法创建数组的。那指定多大呢？Hotspot源码是20011。为什么是20011？我也有这个疑问，但是我试图找了下答案，没找着，但是我确定这个数字应该是有特殊意义的。了解的小伙伴可以留言告知下。当然我也不会放弃追求真理！
接下来我们用发展的眼光看问题：如果存储的字符串经过hash算法得到的buckets index不重复，最多可以存储20011个字符串。如果超过20011个字符串呢？这时候肯定会出现一种情况：不同的字符串经过hash算法运算得到的buckets index是相同的，这种情况叫hash碰撞。
比如图中的字符串[手写]与字符串[JVM]，它们经hash算法运算得到的buckets index都是0，这时候怎么存储呢？先把字符串[手写]封装成链表节点Node，因为是index=0的第一个节点，将该Node的内存地址写入index=0的位置。然后把字符串[JVM]封装成链表节点Node，插入链表尾部。注意：链表的节点在内存中不是连续的！
后面有字符串写入，就是重复这个动作了：字符串到来，经过hash算法运算得到buckets index，然后将字符串封装成链表节点Node。如果到来的字符串是该index的第一个元素，将节点的内存地址写入该index位置，如果不是第一个元素，插入到链表尾部。
一种特殊情况
先看图，再说话
该图想表达的现象是buckets index=0对应的链表深度过深，达到了345，这样如果我们查找的字符串恰好是[内功]，抛开其他运算，就光遍历链表都要345次。对于现在的高性能计算机来说，345次好像也不慢，但是性能随数据增长而出现性能下降，意味着总有一天会达到性能瓶颈，需要优化。
于是就出现了数组+红黑树结构，后面又发展出了数组+链表+红黑树结构。我解释下原因：大量数据的情况下，红黑树的查找性能比链表高。那为什么后面又会出现数组+链表+红黑树结构呢？注意看前提：大量数据的情况。当数据量比较少的时候，比如拿HashMap底层实现来说，这个阈值是8，即hash碰撞严重情况下，数据少于8，两者性能上差异不大，但是链表相对实现起来更容易、占用空间更少…
hash碰撞严重的情况，改变底层存储容器是一种思路，还有没有其他思路呢？有！改变hash算法，Hotspot源码就是这样干的。默认算法是java_lang_String::hash_code，触发rehash后使用的算法是AltHashing::murmur3_32。
Hotspot触发rehash的条件是：查找一个字符串超过100次。
串一串
JVM中与字符串相关的有两个表，一个是SymbolTable，一个是StringTable。我们通常说的字符串常量池是指StringTable。但是StringTable的运行与SymbolTable紧密相连。这篇文章讲到的内容，全部都是SymbolTable的底层原理。关于它俩之间的联系，本文篇幅已经够长了，放下篇文章讲。
SymbolTable底层是基于hashtable实现的，结构是数组+链表，当存储的数据足够多，遇到hash碰撞严重时，是通过切换hash算法实现的。默认算法是java_lang_String::hash_code，触发rehash后使用的算法是AltHashing::murmur3_32。
留个问题吧：切换hash算法不会马上生效，需要等到安全点，你觉得是为什么？欢迎留言讨论
我是子牙老师，喜欢钻研底层，深入研究Windows、Linux内核、JVM。如果你也喜欢研究底层，欢迎关注我的公众号【道格子牙】