8.StringTable（字符串常量池）

一、String的基本特性

String：字符串，使用一对 “” 引起来表示

String s1 = "atguigu" ;   			// 字面量的定义方式

String s2 =  new String("hello");     // new 对象的方式

String被声明为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[]

二、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？

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（Latin-1）。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，产生了大量浪费。
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识存储。该编码表示如果你的字符是ISO-8859-1或者Latin-1，那么只需要一个字节存。如果你是其它字符集，比如UTF-8，你仍然用两个字节存
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

2.1 String 的基本特性

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";

       s1 = "hello";

       System.out.println(s1 == s2);//判断地址：true  --> false

       System.out.println(s1);//

       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

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

@Test

   public void test2() {

       String s1 = "abc";

       String s2 = "abc";

       s2 += "def";

       System.out.println(s2);//abcdef

       System.out.println(s1);//abc

   }

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

}

一道笔试题

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

2.2 String 的底层结构

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的

String的String Pool（字符串常量池）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

测试不同 StringTable 长度下，程序的性能

代码

/**

 * 产生10万个长度不超过10的字符串，包含a-z,A-Z

 */

public class GenerateString {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        FileWriter fw =  new FileWriter("words.txt");

        for (int i = 0; i < 100000; i++) {

            //1 - 10

           int length = (int)(Math.random() * (10 - 1 + 1) + 1);

            fw.write(getString(length) + "\n");

        }

        fw.close();

    }

    public static String getString(int length){

        String str = "";

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

            //65 - 90, 97-122

            int num = (int)(Math.random() * (90 - 65 + 1) + 65) + (int)(Math.random() * 2) * 32;

            str += (char)num;

        }

        return str;

    }

}

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){

                data.intern(); //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

            }

            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

三、String 的内存分配

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。这个后面重点谈

Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代
Java 7中 Oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内
- 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()。
Java8元空间，字符串常量在堆

3.1 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？
- 永久代的默认空间大小比较小
- 永久代垃圾回收频率低，大量的字符串无法及时回收，容易进行Full GC产生STW或者容易产生OOM：PermGen Space
- 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

/**

 * jdk6中：

 * -XX:PermSize=6m -XX:MaxPermSize=6m -Xms6m -Xmx6m

 *

 * jdk8中：

 * -XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m

 */

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<String>();

        //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());

        }

    }

}

输出结果：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

四、String 的基本操作

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。

4.1 举例1

public class StringTest4 {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println();//2293

        System.out.println("1");//2294

        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");//2303

        //如下的字符串"1" 到 "10"不会再次加载

        System.out.println("1");//2304

        System.out.println("2");//2304

        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");//2304

    }

}

分析字符串常量池的变化

1、程序启动时已经加载了 2293 个字符串常量

2、加载了一个换行符（println），所以多了一个

3、加载了字符串常量 “1”~“9”

4、加载字符串常量 “10”

5、之后的字符串”1” 到 “10”不会再次加载

4.2 举例2

//官方示例代码

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）

五、字符串拼接操作

5.1 先说结论

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，根据该字符串是否在常量池中存在，分为：
- 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

1、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

2、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

@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

        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，并返回次对象的地址。

        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

5.2 字符串拼接的底层细节

举例1

@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")，但不等价

    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;//

    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

举例2

/*

    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 s4 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

拼接操作与 append 操作的效率对比

    @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

        }

//        System.out.println(src);

    }

    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");

        }

//        System.out.println(src);

    }

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！
原因：
1. StringBuilder的append()的方式：
  - 自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
2. 使用String的字符串拼接方式：
  - 创建过多个StringBuilder和String（调的toString方法）的对象，内存占用更大；
  - 如果进行GC，需要花费额外的时间（在拼接的过程中产生的一些中间字符串可能永远也用不到，会产生大量垃圾字符串）。
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); //new char[highLevel]
- 这样可以避免频繁扩容

六、intern() 的使用

6.1 intern() 方法的说明

public native String intern();

intern是一个native方法，调用的是底层C的方法
字符串常量池池最初是空的，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内容相等的字符串，则返回池中的字符串地址。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地址。（这是源码里的大概翻译）
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：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 atguigu").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）

6.2 new String() 的说明

6.2.1 new String(“ab”)会创建几个对象？

/**

 * 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

 *

 */

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 <java/lang/String>：在堆中创建了一个 String 对象

4 ldc #3 <ab> ：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）

6.2.2 new String(“a”) + new String(“b”) 会创建几个对象？

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"

 *

 */

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

答案是4个或5个或6个

字节码指令分析：

0 new #2 <java/lang/StringBuilder> ：拼接字符串会创建一个 StringBuilder 对象
7 new #4 <java/lang/String> ：创建 String 对象，对应于 new String(“a”)
11 ldc #5 <a> ：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 <java/lang/String> ：创建 String 对象，对应于 new String(“b”)
23 ldc #8 <b> ：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 <java/lang/StringBuilder.toString> ：调用 StringBuilder 的 toString() 方法，会生成一个 String 对象

6.3 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();

 *

 */

public class 	StringIntern {

    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("1");

        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"

        String s2 = "1";

        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false

        /*

         1、s3变量记录的地址为：new String("11")

         2、经过上面的分析，我们已经知道执行完pos_1的代码，在堆中有了一个new String("11")

         这样的String对象。但是在字符串常量池中没有"11"

         3、接着执行s3.intern()，在字符串常量池中生成"11"

           3-1、在JDK6的版本中，字符串常量池还在永久代，所以直接在永久代生成"11",也就有了新的地址

           3-2、而在JDK7的后续版本中，字符串常量池被移动到了堆中，此时堆里已经有new String（"11"）了

           出于节省空间的目的，直接将堆中的那个字符串的引用地址储存在字符串常量池中。没错，字符串常量池

           中存的是new String（"11"）在堆中的地址

         4、所以在JDK7后续版本中，s3和s4指向的完全是同一个地址。

         */

        String s3 = new String("1") + new String("1");//pos_1

	    s3.intern();

        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

        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true

    }

}

解释的已经比较清楚了，下面看一下内存图

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

JDK7及后续版本，注意大坑

6.3.1 面试题的拓展

/**

 * StringIntern.java中练习的拓展：

 *

 */

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"，代码顺序换一下，实打实的在字符串常量池里有一个"11"对象

        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

    }

}

6.4 intern() 方法的练习

练习 1

public class StringExer1 {

    public static void main(String[] args) {

        String x = "ab";

        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")

        //在上一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"

		/*

		1、jdk6中：在字符串常量池（此时在永久代）中创建一个字符串"ab"

        2、jdk8中：字符串常量池（此时在堆中）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

        3、详解看上面

		*/

        String s2 = s.intern();

        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true

        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true

    }

}

JDK6

JDK7/8

练习2

public class StringExer1 {

    public static void main(String[] args) {

        //加一行这个

        String x = "ab";

        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")

        String s2 = s.intern();

        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true

        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true

    }

}

练习3

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

    }

}

验证

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

    }

}

输出结果：

6.5 intern() 的效率测试（空间角度）

/**

 * 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。

 *

 */

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();

    }

}

1、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

arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));

2、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

//调用了intern()方法使用了字符串常量池里的字符串，那么前面堆里的字符串便会被GC掉，这也是intern省内存的关键原因

arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();

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()方法能够节省很大的内存空间。
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。

七、StringTable 的垃圾回收

/**

 * String的垃圾回收:

 * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails

 */

public class StringGCTest {

    public static void main(String[] args) {

        for (int j = 0; j < 100000; j++) {

            String.valueOf(j).intern();

        }

    }

}

输出结果：

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

八、G1 中的 String 去重操作

官方文档：http://openjdk.java.net/jeps/192

暂时了解一下，后面会详解垃圾回收器

String去重操作的背景

注意不是字符串常量池的去重操作，字符串常量池本身就没有重复的

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