Java提高篇之常量池

一.相关概念

1. 什么是常量

用final修饰的成员变量表示常量，值一旦给定就无法改变！

final修饰的变量有三种：静态变量、实例变量和局部变量，分别表示三种类型的常量。

2. Class文件中的常量池

在Class文件结构中，最头的4个字节用于存储魔数Magic Number，用于确定一个文件是否能被JVM接受，再接着4个字节用于存储版本号，前2个字节存储次版本号，后2个存储主版本号，再接着是用于存放常量的常量池，由于常量的数量是不固定的，所以常量池的入口放置一个U2类型的数据(constant_pool_count)存储常量池容量计数值。

常量池主要用于存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References)，字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了如下三种类型的常量：

• 类和接口的全限定名
• 字段名称和描述符
• 方法名称和描述符

3. 方法区中的运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。 
CLass文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。 
运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

4. 常量池的好处

常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。 
例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。 
（1）节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。 
（2）节省运行时间：比较字符串时，==比equals()快。对于两个引用变量，只用==判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等。

5. 双等号==的含义

基本数据类型之间应用双等号，比较的是他们的数值。 
复合数据类型(类)之间应用双等号，比较的是他们在内存中的存放地址。

二.8种基本类型的包装类和常量池

1. java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术

即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean；

Integer i1 = 40;
Integer i2 = 40;
System.out.println(i1==i2);//输出TRUE

这5种包装类默认创建了数值[-128，127]的相应类型的缓存数据，但是超出此范围仍然会去创建新的对象。

//Integer 缓存代码 ：
public static Integer valueOf(int i) {
     assert IntegerCache.high >= 127;
     if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
         return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
     return new Integer(i);
 }

Integer i1 = 400;
Integer i2 = 400;
System.out.println(i1==i2);//输出false

2. 两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术。

Double i1=1.2;
Double i2=1.2;
System.out.println(i1==i2);//输出false

3. 应用常量池的场景

(1)Integer i1=40；Java在编译的时候会直接将代码封装成Integer i1=Integer.valueOf(40);，从而使用常量池中的对象。 
(2)Integer i1 = new Integer(40);这种情况下会创建新的对象。

Integer i1 = 40;
Integer i2 = new Integer(40);
System.out.println(i1==i2);//输出false

4. Integer比较更丰富的一个例子

Integer i1 = 40;
Integer i2 = 40;
Integer i3 = 0;
Integer i4 = new Integer(40);
Integer i5 = new Integer(40);
Integer i6 = new Integer(0);

System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));
System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));

i1=i2   true
i1=i2+i3   true
i1=i4   false
i4=i5   false
i4=i5+i6   true
40=i5+i6   true

解释：语句i4 == i5 + i6，因为+这个操作符不适用于Integer对象，首先i5和i6进行自动拆箱操作，进行数值相加，即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较，所以i4自动拆箱转为int值40，最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。

三.String类和常量池

1. String对象创建方式

  String str1 = "abcd";
  String str2 = new String("abcd");
  System.out.println(str1==str2);//false

这两种不同的创建方法是有差别的，第一种方式是在常量池中拿对象，第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。 
只要使用new方法，便需要创建新的对象。

2. 连接表达式 +

（1）只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。

（2）对于所有包含new方式新建对象（包括null）的“+”连接表达式，它所产生的新对象都不会被加入字符串池中。

String str1 = "str";
String str2 = "ing";

String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str5);//true

特例1

public static final String A = "ab"; // 常量A
public static final String B = "cd"; // 常量B
public static void main(String[] args) {
String s = A + B;  // 将两个常量用+连接对s进行初始化
String t = "abcd";
if (s == t) {
    System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");
} else {
    System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");
}
}
s等于t，它们是同一个对象

当多个确定量（常量）字符串相加时（情况1），编译器直接将它们编辑为相加后的字符串，这样的情况下用“+”比StringBuilder运行时效率更高。

A和B都是常量，值是固定的，因此s的值也是固定的，它在类被编译时就已经确定了。也就是说：String s=A+B; 等同于：String s=”ab”+”cd”;

特例2

public static final String A; // 常量A
public static final String B;    // 常量B
static {
A = "ab";
B = "cd";
}
public static void main(String[] args) {
// 将两个常量用+连接对s进行初始化
String s = A + B;
String t = "abcd";
if (s == t) {
    System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");
} else {
    System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");
}
}
s不等于t，它们不是同一个对象

A和B虽然被定义为常量，但是它们都没有马上被赋值。在运算出s的值之前，他们何时被赋值，以及被赋予什么样的值，都是个变数。因此A和B在被赋值之前，性质类似于一个变量。那么s就不能在编译期被确定，而只能在运行时被创建了。

创建了几个对象？

1. String s1 = new String(“xyz”);

考虑类加载阶段和实际执行时。 
（1）类加载对一个类只会进行一次。”xyz”在类加载时就已经创建并驻留了（如果该类被加载之前已经有”xyz”字符串被驻留过则不需要重复创建用于驻留的”xyz”实例）。驻留的字符串是放在全局共享的字符串常量池中的。 
（2）在这段代码后续被运行的时候，”xyz”字面量对应的String实例已经固定了，不会再被重复创建。所以这段代码将常量池中的对象复制一份放到heap中，并且把heap中的这个对象的引用交给s1 持有。 
这条语句创建了2个对象。

String test = “a” + “b” + “c”; 
会创建几个字符串对象，在字符串常量池中保存几个引用么？

答案是只创建了一个对象，在常量池中也只保存一个引用。 
看到了么，实际上在编译期间，已经将这三个字面量合成了一个。这样做实际上是一种优化，避免了创建多余的字符串对象，也没有发生字符串拼接问题。

java.lang.String.intern()

运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。 
String的intern()方法会查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有则返回该字符串的引用,如果没有则添加自己的字符串进入常量池。

public static void main(String[] args) {
            String str1 = "123";
            String str2 = "123";

            String a = new String("123");
            String b = new String("123");;

            System.out.println(str1 == str2);//true
            System.out.println(a == b);//false

            System.out.println(str1 == b);//false
            String bb=b.intern();
            System.out.println((str1== bb));//true
}

true
false
false
true

字符串比较更丰富的一个例子

public class Test {
public static void main(String[] args) {
   String hello = "Hello", lo = "lo";
   System.out.println((hello == "Hello") + " ");
   System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
   System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
   System.out.println((hello == ("Hel"+"lo")) + " ");
   System.out.println((hello == ("Hel"+lo)) + " ");
   System.out.println(hello == ("Hel"+lo).intern());
}
}
class Other { static String hello = "Hello"; }
package other;
public class Other { public static String hello = "Hello"; }

true true true true false true

在同包同类下,引用自同一String对象. 
在同包不同类下,引用自同一String对象. 
在不同包不同类下,依然引用自同一String对象. 
在编译成.class时能够识别为同一字符串的,自动优化成常量,引用自同一String对象. 
在运行时创建的字符串具有独立的内存地址,所以不引用自同一String对象.

字符串常量池的前提条件

字符串常量池实现的前提条件就是Java中String对象是不可变的，这样可以安全保证多个变量共享同一个对象。如果Java中的String对象可变的话，一个引用操作改变了对象的值，那么其他的变量也会受到影响，显然这样是不合理的。

引用 or 对象

字符串常量池中存放的时引用还是对象，这个问题是最常见的。字符串常量池存放的是对象引用，不是对象。在Java中，对象都创建在堆内存中。这个理论有待验证。

由于字符串常量池存在于堆内存中的永久代，适用于Java8之前。我们通过设置永久代一个很小的值来进行验证。如果字符串对象存在字符串常量池中，那么必然抛出java.lang.OutOfMemoryError permgen space错误。

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