柚子快報(bào)激活碼778899分享：java JVM常量池詳解

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目錄

Class常量池與運(yùn)行時(shí)常量池?

字符串常量池?

字符串常量池的設(shè)計(jì)思想?

?三種字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)

字符串常量池位置?

字符串常量池設(shè)計(jì)原理

String常量池問(wèn)題的幾個(gè)例子?

八種基本類型的包裝類和對(duì)象池

Class常量池與運(yùn)行時(shí)常量池?

????????Class常量池可以理解為是Class文件中的資源倉(cāng)庫(kù)。 Class文件中除了包含類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息就是常量池(constant pool table)，用于存放編譯期生成的各種字面量(Literal)和符號(hào)引用(Symbolic References)。?

一個(gè)class文件的16進(jìn)制大體結(jié)構(gòu)如下圖：?

?對(duì)應(yīng)的含義如下，細(xì)節(jié)可以查下oracle官方文檔：

????????當(dāng)然我們一般不會(huì)去人工解析這種16進(jìn)制的字節(jié)碼文件，我們一般可以通過(guò)javap命令生成更可讀的JVM字節(jié)碼指令文件：

javap -v Math.class

?紅框標(biāo)出的就是class常量池信息，常量池中主要存放兩大類常量：字面量和符號(hào)引用。

字面量

????????字面量就是指由字母、數(shù)字等構(gòu)成的字符串或者數(shù)值常量

????????字面量只可以右值出現(xiàn)，所謂右值是指等號(hào)右邊的值，如：int a=1 這里的a為左值，1為右值。在這個(gè)例子中1就是字面量。

int a = 1;

int b = 2;

int c = "abcdefg";

int d = "abcdefg";

符號(hào)引用

????????符號(hào)引用是編譯原理中的概念，是相對(duì)于直接引用來(lái)說(shuō)的。主要包括了以下三類常量：

類和接口的全限定名?字段的名稱和描述符?方法的名稱和描述符

????????上面的a，b就是字段名稱，就是一種符號(hào)引用，還有Math類常量池里的 Lcom/tuling/jvm/Math 是類的全限定名，main和compute是方法名稱，()是一種UTF8格式的描述符，這些都是符號(hào)引用。

????????這些常量池現(xiàn)在是靜態(tài)信息，只有到運(yùn)行時(shí)被加載到內(nèi)存后，這些符號(hào)才有對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址信息，這些常量池一旦被裝入內(nèi)存就變成運(yùn)行時(shí)常量池，對(duì)應(yīng)的符號(hào)引用在程序加載或運(yùn)行時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)變?yōu)楸患虞d到內(nèi)存區(qū)域的代碼的直接引用，也就是我們說(shuō)的動(dòng)態(tài)鏈接了。例如，compute()這個(gè)符號(hào)引用在運(yùn)行時(shí)就會(huì)被轉(zhuǎn)變?yōu)閏ompute()方法具體代碼在內(nèi)存中的地址，主要通過(guò)對(duì)象頭里的類型指針去轉(zhuǎn)換直接引用。

字符串常量池?

字符串常量池的設(shè)計(jì)思想?

????????字符串的分配，和其他的對(duì)象分配一樣，耗費(fèi)高昂的時(shí)間與空間代價(jià)，作為最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型，大量頻繁的創(chuàng)建字符串，極大程度地影響程序的性能

????????JVM為了提高性能和減少內(nèi)存開(kāi)銷，在實(shí)例化字符串常量的時(shí)候進(jìn)行了一些優(yōu)化

為字符串開(kāi)辟一個(gè)字符串常量池，類似于緩存區(qū)創(chuàng)建字符串常量時(shí)，首先查詢字符串常量池是否存在該字符串存在該字符串，返回引用實(shí)例，不存在，實(shí)例化該字符串并放入池中

?三種字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)

直接賦值字符串

String s = "zhuge"; // s指向常量池中的引用

????????這種方式創(chuàng)建的字符串對(duì)象，只會(huì)在常量池中。

????????因?yàn)橛?zhuge"這個(gè)字面量，創(chuàng)建對(duì)象s的時(shí)候，JVM會(huì)先去常量池中通過(guò) equals(key) 方法，判斷是否有相同的對(duì)象。如果有，則直接返回該對(duì)象在常量池中的引用；如果沒(méi)有，則會(huì)在常量池中創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，再返回引用。

new String();

String s1 = new String("zhuge"); // s1指向內(nèi)存中的對(duì)象引用

????????這種方式會(huì)保證字符串常量池和堆中都有這個(gè)對(duì)象，沒(méi)有就創(chuàng)建，最后返回堆內(nèi)存中的對(duì)象引用。

????????因?yàn)橛?zhuge"這個(gè)字面量，所以會(huì)先檢查字符串常量池中是否存在字符串"zhuge"。不存在，先在字符串常量池里創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象；再去內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象"zhuge"；存在的話，就直接去堆內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象"zhuge"；最后，將內(nèi)存中的引用返回。

intern方法

String s1 =?new?String("zhuge");

String s2 = s1.intern();

System.out.println(s1 == s2); //false

????????String中的intern方法是一個(gè) native 的方法，當(dāng)調(diào)用 intern方法時(shí)，如果池已經(jīng)包含一個(gè)等于此String對(duì)象的字符串（用equals(oject)方法確定），則返回池中的字符串。否則，將intern返回的引用指向當(dāng)前字符串 s1(jdk1.6版本需要將 s1 復(fù)制到字符串常量池里)。?

字符串常量池位置?

Jdk1.6及之前： 有永久代, 運(yùn)行時(shí)常量池在永久代，運(yùn)行時(shí)常量池包含字符串常量池

Jdk1.7：有永久代，但已經(jīng)逐步“去永久代”，字符串常量池從永久代里的運(yùn)行時(shí)常量池分離到堆里

Jdk1.8及之后： 無(wú)永久代，運(yùn)行時(shí)常量池在元空間，字符串常量池里依然在堆里

用一個(gè)程序證明下字符串常量池在哪里（通過(guò)內(nèi)存溢出報(bào)錯(cuò)信息可知）：

/**

* jdk6：-Xms6M -Xmx6M -XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M

* jdk8：-Xms6M -Xmx6M -XX:MetaspaceSize=6M -XX:MaxMetaspaceSize=6M

*/

public class RuntimeConstantPoolOOM{

public static void main(String[] args) {

ArrayList list = new ArrayList();

for (int i = 0; i < 10000000; i++) {

String str = String.valueOf(i).intern();

list.add(str);

}

}

}

運(yùn)行結(jié)果：

jdk7及以上：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

jdk6：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

字符串常量池設(shè)計(jì)原理

????????字符串常量池底層是hotspot的C++實(shí)現(xiàn)的，底層類似一個(gè) HashTable， 保存的本質(zhì)上是字符串對(duì)象的引用。

看一道比較常見(jiàn)的面試題，下面的代碼創(chuàng)建了多少個(gè) String 對(duì)象？

String s1 =?new?String("he") +?new?String("llo");

String s2 = s1.intern();

?

System.out.println(s1 == s2);

// 在 JDK 1.6 下輸出是 false，創(chuàng)建了 6 個(gè)對(duì)象

// 在 JDK 1.7 及以上的版本輸出是 true，創(chuàng)建了 5 個(gè)對(duì)象

// 當(dāng)然我們這里沒(méi)有考慮GC，但這些對(duì)象確實(shí)存在或存在過(guò)

????????為什么輸出會(huì)有這些變化呢？主要還是字符串池從永久代中脫離、移入堆區(qū)的原因， intern() 方法也相應(yīng)發(fā)生了變化：

????????在 JDK 1.6 中，調(diào)用 intern() 首先會(huì)在字符串池中尋找 equal() 相等的字符串，假如字符串存在就返回該字符串在字符串池中的引用；假如字符串不存在，虛擬機(jī)會(huì)重新在永久代上創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，將 StringTable 的一個(gè)表項(xiàng)指向這個(gè)新創(chuàng)建的實(shí)例。

????????在 JDK 1.7 (及以上版本)中，由于字符串池不在永久代了，intern() 做了一些修改，更方便地利用堆中的對(duì)象。字符串存在時(shí)和 JDK 1.6一樣，但是字符串不存在時(shí)不再需要重新創(chuàng)建實(shí)例，可以直接指向堆上的實(shí)例。

????????由上面兩個(gè)圖，也不難理解為什么 JDK 1.6 字符串池溢出會(huì)拋出 OutOfMemoryError: PermGen space ，而在 JDK 1.7 及以上版本拋出 OutOfMemoryError: Java heap space 。

String常量池問(wèn)題的幾個(gè)例子?

示例1：

String s0 = "zhuge";

String s1 = "zhuge";

String s2 = "zhu" + "ge";

System.out.println( s0 == s1 ); //true

System.out.println( s0 == s2 ); //true

????????分析：因?yàn)槔又械?s0和s1中的”zhuge”都是字符串常量，它們?cè)诰幾g期就被確定了，所以s0==s1為true；而”zhu”和”ge”也都是字符串常量，當(dāng)一個(gè)字符串由多個(gè)字符串常量連接而成時(shí)，它自己肯定也是字符串常量，所以s2也同樣在編譯期就被優(yōu)化為一個(gè)字符串常量"zhuge"，所以s2也是常量池中” zhuge”的一個(gè)引用。所以我們得出s0==s1==s2。

示例2：?

String s0 = "zhuge";

String s1 = new String("zhuge");

String s2 = "zhu" + new String("ge");

System.out.println( s0 == s1 );　　// false

System.out.println( s0 == s2 )；　 // false

System.out.println( s1 == s2 );　　// false

????????分析：用new String() 創(chuàng)建的字符串不是常量，不能在編譯期就確定，所以new String() 創(chuàng)建的字符串不放入常量池中，它們有自己的地址空間。

????????s0還是常量池 中"zhuge”的引用，s1因?yàn)闊o(wú)法在編譯期確定，所以是運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的新對(duì)象”zhuge”的引用，s2因?yàn)橛泻蟀氩糠?new String(”ge”)所以也無(wú)法在編譯期確定，所以也是一個(gè)新創(chuàng)建對(duì)象”zhuge”的引用；明白了這些也就知道為何得出此結(jié)果了。

示例3：?

String a = "a1";

String b = "a" + 1;

System.out.println(a == b); // true

String a = "atrue";

String b = "a" + "true";

System.out.println(a == b); // true

String a = "a3.4";

String b = "a" + 3.4;

System.out.println(a == b); // true

????????分析：JVM對(duì)于字符串常量的"+"號(hào)連接，將在程序編譯期，JVM就將常量字符串的"+"連接優(yōu)化為連接后的值，拿"a" + 1來(lái)說(shuō)，經(jīng)編譯器優(yōu)化后在class中就已經(jīng)是a1。在編譯期其字符串常量的值就確定下來(lái)，故上面程序最終的結(jié)果都為true。

示例4：?

String a = "ab";

String bb = "b";

String b = "a" + bb;

System.out.println(a == b); // false

????????分析：JVM對(duì)于字符串引用，由于在字符串的"+"連接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序編譯期是無(wú)法確定的，即"a" + bb無(wú)法被編譯器優(yōu)化，只有在程序運(yùn)行期來(lái)動(dòng)態(tài)分配并將連接后的新地址賦給b。所以上面程序的結(jié)果也就為false。

示例5：

String a = "ab";

final String bb = "b";

String b = "a" + bb;

System.out.println(a == b); // true

????????分析：和示例4中唯一不同的是bb字符串加了final修飾，對(duì)于final修飾的變量，它在編譯時(shí)被解析為常量值的一個(gè)本地拷貝存儲(chǔ)到自己的常量池中或嵌入到它的字節(jié)碼流中。所以此時(shí)的"a" + bb和"a" + "b"效果是一樣的。故上面程序的結(jié)果為true。

示例6：

String a = "ab";

final String bb = getBB();

String b = "a" + bb;

System.out.println(a == b); // false

private static String getBB() {

return "b";

}

????????分析：JVM對(duì)于字符串引用bb，它的值在編譯期無(wú)法確定，只有在程序運(yùn)行期調(diào)用方法后，將方法的返回值和"a"來(lái)動(dòng)態(tài)連接并分配地址為b，故上面 程序的結(jié)果為false。

關(guān)于String是不可變的

?????? 通過(guò)上面例子可以得出得知：

String? s? =? "a" + "b" + "c"; //就等價(jià)于String s = "abc";

String? a? =? "a";

String? b? =? "b";

String? c? =? "c";

String? s1? =?? a? +? b? +? c;

?????????s1 這個(gè)就不一樣了，可以通過(guò)觀察其JVM指令碼發(fā)現(xiàn)s1的"+"操作會(huì)變成如下操作：

StringBuilder temp = new StringBuilder();

temp.append(a).append(b).append(c);

String s = temp.toString();

最后再看一個(gè)例子：?

//字符串常量池："計(jì)算機(jī)"和"技術(shù)" 堆內(nèi)存：str1引用的對(duì)象"計(jì)算機(jī)技術(shù)"

//堆內(nèi)存中還有個(gè)StringBuilder的對(duì)象，但是會(huì)被gc回收，StringBuilder的toString方法會(huì)new String()，這個(gè)String才是真正返回的對(duì)象引用

String str2 = new StringBuilder("計(jì)算機(jī)").append("技術(shù)").toString();

//沒(méi)有出現(xiàn)"計(jì)算機(jī)技術(shù)"字面量，所以不會(huì)在常量池里生成"計(jì)算機(jī)技術(shù)"對(duì)象

System.out.println(str2 == str2.intern()); //true

//"計(jì)算機(jī)技術(shù)" 在池中沒(méi)有，但是在heap中存在，則intern時(shí)，會(huì)直接返回該heap中的引用

//字符串常量池："ja"和"va" 堆內(nèi)存：str1引用的對(duì)象"java"

//堆內(nèi)存中還有個(gè)StringBuilder的對(duì)象，但是會(huì)被gc回收，StringBuilder的toString方法會(huì)new String()，這個(gè)String才是真正返回的對(duì)象引用

String str1 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();

//沒(méi)有出現(xiàn)"java"字面量，所以不會(huì)在常量池里生成"java"對(duì)象

System.out.println(str1 == str1.intern()); //false

//之所以為false，是因?yàn)閖ava是關(guān)鍵字，在JVM初始化的相關(guān)類里肯定早就放進(jìn)字符串常量池了

String s1=new String("test");

System.out.println(s1==s1.intern()); //false

//"test"作為字面量，放入了池中，而new時(shí)s1指向的是heap中新生成的string對(duì)象，s1.intern()指向的是"test"字面量之前在池中生成的字符串對(duì)象

String s2=new StringBuilder("abc").toString();

System.out.println(s2==s2.intern()); //false

//同上

八種基本類型的包裝類和對(duì)象池

????????java中基本類型的包裝類的大部分都實(shí)現(xiàn)了常量池技術(shù)(嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)該叫對(duì)象池，在堆上)，這些類是Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean,另外兩種浮點(diǎn)數(shù)類型的包裝類則沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。另外Byte,Short,Integer,Long,Character這5種整型的包裝類也只是在對(duì)應(yīng)值小于等于127時(shí)才可使用對(duì)象池，也即對(duì)象不負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理大于127的這些類的對(duì)象。因?yàn)橐话氵@種比較小的數(shù)用到的概率相對(duì)較大。

public class Test {

public static void main(String[] args) {

//5種整形的包裝類Byte,Short,Integer,Long,Character的對(duì)象，

//在值小于127時(shí)可以使用對(duì)象池

//這種調(diào)用底層實(shí)際是執(zhí)行的Integer.valueOf(127)，里面用到了IntegerCache對(duì)象池

Integer i1 = 127;

Integer i2 = 127;

System.out.println(i1 == i2);//輸出true

//值大于127時(shí)，不會(huì)從對(duì)象池中取對(duì)象

Integer i3 = 128;

Integer i4 = 128;

System.out.println(i3 == i4);//輸出false

//用new關(guān)鍵詞新生成對(duì)象不會(huì)使用對(duì)象池

Integer i5 = new Integer(127);

Integer i6 = new Integer(127);

System.out.println(i5 == i6);//輸出false

//Boolean類也實(shí)現(xiàn)了對(duì)象池技術(shù)

Boolean bool1 = true;

Boolean bool2 = true;

System.out.println(bool1 == bool2);//輸出true

//浮點(diǎn)類型的包裝類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)象池技術(shù)

Double d1 = 1.0;

Double d2 = 1.0;

System.out.println(d1 == d2);//輸出false

}

}

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