对Java字符串的探究
问题的出发点
在网上看到一道题:
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以上代码执行过程中生成了多少个 String 对象?
答案写的是两个。”abc”本身是一个,而 new 又生成了一个。
“abc”是什么
查看这句程序的字节码,如下:
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指令ldc indexbyte
的含义:将两字节的值从 indexbyte 索引的常量池中的项中推到方法栈上。
指令LDC "abc"
说明了”abc”并不是直接以对象存在的,而是存在于常量池的索引中。String 的构造函数调用命令实际使用的就是 String 类型作为参数,那么,栈上应该有一个 String 类型的索引。
由此我们得出,在字节码中,ldc 命令在常量池中找到了能索引到“abc”那个 String 对象的索引值。
常量池
常量池是类文件(.class)文件中的一部分,记录了许多常量信息,索引的字符串信息。
由于 Java 是动态加载的,类文件并没有包含程序运行时的内存布局,方法调用等无法直接记录出方法的物理位置,常量池通过索引的方法解决了这个问题。
常量池中存着许多表,其中 Constant_Utf8_info 表中,记录着会被初始化为 String 对象的字符串的字面值(iteral)。
而在 String 的 java doc 中,有对 String 字面值的说明:
All string literals in Java programs, such as “abc”, are implemented as instances of this class.
在 Java 编译的过程中,确定下来的 String 字面值都先被优化记录在常量池中(那些双引号字符串,都是以 CONSTANT_utf8_info 的形式存储在常量池中的)。也就是说,Java 源代码文件中出现的那些诸如”abc”字符串,都已经被提前放在了常量池中。
可以使用如下代码验证这一点:
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输出结果是 true.说明”Hello”作为对象是被程序从同一个内存空间读取出来的。
常量池是编译时产生的,存在于类文件中(*.class 文件)。运行时,JVM 中每个对象都拥有自己的运行时常量池(run time constant pool)。
字符串池
我在 String 的 java doc 中又发现了一个有趣的 method:intern() ,我翻译如下:
当 intern 方法被调用,如果池中已经拥有一个与该 String 的字符串值相等(即 equals()调用后为 true)的 String 对象时,那么池中的那个 String 对象会被返回。否则,池中会增加这个对象,并返回当前这个 String 对象。
其中有介绍一个字符串池的东西:字符串池(String pool),初始是空的,由类私有的控制。
查看 java.lang.String 的源代码,发现 Intern()方法是一个 native 方法,即本地实现的方法,而不是一个 java 方法,这让我们不能直观的看到字符串池的实现细节。不过能够理解字符串池其实是类似于线程池的缓冲器,可以起到节约内存的作用。如下代码可以验证
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输出结果为 true。
现代的 JVM 实现里,考虑到垃圾回收(Garbage Collection)的方便,将 heap 划分为三部分: young generation 、 tenured generation(old generation)和 permanent generation( permgen )
字符串池是为了解决字符串重复的问题,生命周期长,它存在于 permgen 中。
总结
编译 Java 源代码时,源文件中出现的双引号内的字符串都被收纳到常量池中,用 CONSTANT_utf8_info 项存储着。
JVM 中,相应的类被加载运行后,常量池对应的映射到 JVM 的运行时常量池中。其中每项 CONSTANT_utf8_info(也就试记录那些字符串的)都会在常量引用解析时,自动生成相应的 internal String,记录在字符串池中。
回过头来看看文章刚开始的那个问题。
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这里确实是有两个 String 对象生成了。
new String("xxx")
创建的 String 对象会在 heap 中重新生成新的 String 对象,绕过字符串池的管辖。而如果使用String str = "xxx"
则先查看字符串池 是否已经存在,存在则直接返回 PermGen 中的该 String 对象,否则生成新的 String 对象,并将它加入字符串池中。
尽量使用
String str = "abc";
,而不是String str = new String("abc");
用 new 的方法肯定会开辟新的 heap 空间,而前者的方法,则会通过 string interning 优化。
参考资料
- Busting java.lang.String.intern() Myths
- Inside the JAVA2 virtual machine
- Programming for the java virtual machine
- What is String literal pool? How to create a String
- What type of memory (Heap or Stack) String constant pool in Java gets stored?
原文地址:http://biaobiaoqi.github.com/blog/2013/09/08/string-interning/
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