Java 常量池详解（一）字符串常量池

在Java的内存分配中，总共3种常量池：

Java 常量池详解（二）class文件常量池 和 Java 常量池详解（三）class运行时常量池

1.字符串常量池(String Constant Pool）

在JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区, 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代
在JDK1.7 字符串常量池被从方法区拿到了堆中, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是hotspot中的永久代
在JDK1.8 hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候字符串常量池还在堆, 运行时常量池还在方法区, 只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace)

1.1:字符串常量池在Java内存区域的哪个位置？

• 在JDK6.0及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen区(也就是方法区)中；
• 在JDK7.0版本，字符串常量池被移到了堆中了。至于为什么移到堆内，大概是由于方法区的内存空间太小了。
• （堆内是可以进行回收的，然后方法区也是能回收的，但是本身区域内存比较少，如果用的字符串常量太多了，也会抛java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace 异常）

1.2:字符串常量池是什么？

• 在HotSpot VM里实现的string pool功能的是一个StringTable类，它是一个Hash表，默认值大小长度是1009；这个StringTable在每个HotSpot VM的实例只有一份，被所有的类共享。字符串常量由一个一个字符组成，放在了StringTable上。
• 在JDK6.0中，StringTable的长度是固定的，长度就是1009，因此如果放入String Pool中的String非常多，就会造成hash冲突，导致链表过长，当调用String#intern()时会需要到链表上一个一个找，从而导致性能大幅度下降；
• 在JDK7.0中，StringTable的长度可以通过参数指定：

-XX:StringTableSize=66666`

1.3 字符串常量池生成的时机？

String a = "a";

• 全局字符串池里的内容是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的引用值存到string pool中（记住：string pool中存的是引用值而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的）
  

如何将String对象放入到常量池

• “abc” 双引号String 对象会自动放入常量池
• 调用String的intern 方法也会将对象放入到常量池中

String 对象代码案例解析

public static void main(String[] args) {
    String a = "a";
    String b = "b";
    String c = "a" + "b";
    //生成两个对象 一个"ab" ，一个新的String 对象value 值是ab
    //public String(String original) {
    //   this.value = original.value;
    //   this.hash = original.hash;
    //}
    String d = new String("ab"); 
    
    String e = a + "b";
    String f = a + b;
    String g = "ab";
    
   System.out.println(e == c);
   System.out.println(c == d);
   System.out.println(f == c);
   System.out.println(g == c);
   
   String e1 = e.intern();
   String c2 = c.intern();
   System.out.println(e1 == c2);
   System.out.println(e1 == c);
}

//运行结果
false
false
false
true
true
true

1. String c =“a” + “b” 和String c = “a” + b （String b= “b”）的区别

String b = "b";
String c = "a" + "b"; 等价于 String c ="ab"
String c1 = "a" + b; 
 
// java 反编译的结果  
 0 ldc #3 <b> //load constant  加载常量 "b"
 2 astore_1   // 存入变量1中
 3 ldc #4 <ab> //自动识别了 
 5 astore_2
 6 new #7 <java/lang/StringBuilder>
 9 dup
10 invokespecial #8 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 ldc #2 <a>
15 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
18 aload_1
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #10 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_3
26 return

(1) “a”+“b” 编译器自动识别了变成了 “ab” => 3 ldc #4
(2) “a” + b（变量）

1. 先new 了StringBuilder 对象，并初始化init
2. 然后bulider.append(“a”)
3. 从变量1（b）中取出值"b"
4. 然后执行了bulider.append(“b”)
5. 最后执行了builder.toString() 方法 给变量3（ c1）进行赋值

new string(“abc”)创建了几个对象

答案：是两个 ，new string(xxxx)方法，xxxx传入的是String对象。说明xxxx也是String对象。

	 public String(String original) {
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }

String 是一个final 类型对象是不会变化的，如果发生变化，说明其实是新的对象。

public final class String

解析public native String intern() 方法

如果常量池中存在当前字符串, 就会直接返回当前字符串. 如果常量池中没有此字符串, 会将此字符串放入常量池中后, 再返回

native实现代码:

• \openjdk7\jdk\src\share\native\java\lang\String.c

Java_java_lang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this) 
{ 
    return JVM_InternString(env, this); 
}

• \openjdk7\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.h

JNIEXPORT jstring JNICALL 
JVM_InternString(JNIEnv *env, jstring str);

• \openjdk7\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp

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); 
  //调用StringTable::intern 方法
  oop result = StringTable::intern(string, CHECK_NULL);
  return (jstring) JNIHandles::make_local(env, result); 
JVM_END

• \openjdk7\hotspot\src\share\vm\classfile\symbolTable.cpp

oop StringTable::intern(Handle string_or_null, jchar* name, int len, TRAPS) { 
  //根据名字找到对应hash下标
  unsigned int hashValue = java_lang_String::hash_string(name, len); 
  int index = the_table()->hash_to_index(hashValue); 
  //顺着对应的链表查找对应的值
    oop string = the_table()->lookup(index, name, len, hashValue); 
  // Found 
  if (string != NULL) return string; 
  // Otherwise, add to symbol to table 
  return the_table()->basic_add(index, string_or_null, name, len, 
                                hashValue, CHECK_NULL); 
}

• \openjdk7\hotspot\src\share\vm\classfile\symbolTable.cpp

oop StringTable::lookup(int index, jchar* name, int len, unsigned int hash) { 
  for (HashtableEntry<oop>* l = bucket(index); l != NULL; l = l->next()) { 
    if (l->hash() == hash) { 
      if (java_lang_String::equals(l->literal(), name, len)) { 
        return l->literal(); 
      } 
    } 
  } 
  return NULL; 
}

1.它的大体实现结构就是:JAVA 使用 jni 调用c++实现的StringTable的intern方法。

2.要注意的是，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时性能会大幅下降。

Interger 包装类的池化技术

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
   
    @Native public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;

  
    @Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

    //缓存-128到127的值在IntegerCache里面，可以进行共享
    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];
    
        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;
    
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
    
            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }
    
        private IntegerCache() {}
    }
    
    public static Integer valueOf(int i) {
        //是不是在-128到127里面，不是的话就生成新的Integer
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }
}        

Integer 对象代码案例解析

public void test(){
    Integer i1 = 10;
    Integer i2 = 10;
    Integer i3 = new Integer(10);//新对象
    Integer i4 = new Integer(10);//新对象
    Integer i5 = Integer.valueOf(10);//从缓存池里面获取。
    Integer i6 = Integer.valueOf(128);
    Integer i7 = 128;

    System.out.println(i1 == i2); // true
    System.out.println(i2 == i3); // false
    System.out.println(i3 == i4); // false
    System.out.println(i1 == i5); // true
    System.out.println(i6 == i7); // false
}

//运行结果：
true
false
false
true
false

为啥Integer i1 =10 跟Integer.valueOf(10) 是相等的？

• 因为Integer i1 = 10 底层原理是 Integer i1 = Integer.valueof(10)

  //Integer i1 =10 反编译的结果
  0 bipush 10
  2 invokestatic #14 <java/lang/Integer.valueOf> //调用了Integer.valueof方法
  5 astore_1

为啥Integer i1 =128 跟Integer.valueOf(128) 是不相等的？

• 因为超过-128～127 这个范围，就不在缓存池里面，不能共享都是新new 出来的

public static Integer valueOf(int i) {
        //是不是在-128到127里面，不是的话就生成新的Integer
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

问题：包装类对象池是不是 JVM 常量池的一种？

• 包装类的对象池是池化技术的应用，并非是虚拟机层面的东西，而是 Java 在类封装里实现的，IntegerCache 是 Integer在内部维护的一个静态内部类，用于对象缓存。
• Integer 对象池在底层实际上就是一个变量名为 cache 的数组，里面包含了 -128 ～ 127 的 Integer 对象实例。使用对象池的方法就是通过 Integer.valueOf() 返回 cache 中的对象，像 Integer i = 10这种自动装箱实际上也是调用 Integer.valueOf() 完成的
• 这和常量池中字面量的保存有很大区别，Integer 不需要显示地出现在代码中才添加到池中，初始化时它已经包含了所有需要缓存的对象