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Class常量池与运行时常量池
字符串常量池
字符串常量池的设计思想 三种字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)
字符串常量池位置
字符串常量池设计原理
String常量池问题的几个例子
八种基本类型的包装类和对象池 Class常量…欢迎大家关注我的微信公众号
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Class常量池与运行时常量池
字符串常量池
字符串常量池的设计思想 三种字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)
字符串常量池位置
字符串常量池设计原理
String常量池问题的几个例子
八种基本类型的包装类和对象池 Class常量池与运行时常量池 Class常量池可以理解为是Class文件中的资源仓库。 Class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外还有一项信息就是常量池(constant pool table)用于存放编译期生成的各种字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References)。
一个class文件的16进制大体结构如下图 对应的含义如下细节可以查下oracle官方文档 当然我们一般不会去人工解析这种16进制的字节码文件我们一般可以通过javap命令生成更可读的JVM字节码指令文件
javap -v Math.class 红框标出的就是class常量池信息常量池中主要存放两大类常量字面量和符号引用。
字面量 字面量就是指由字母、数字等构成的字符串或者数值常量 字面量只可以右值出现所谓右值是指等号右边的值如int a1 这里的a为左值1为右值。在这个例子中1就是字面量。
int a 1;
int b 2;
int c abcdefg;
int d abcdefg;
符号引用 符号引用是编译原理中的概念是相对于直接引用来说的。主要包括了以下三类常量
类和接口的全限定名 字段的名称和描述符 方法的名称和描述符 上面的ab就是字段名称就是一种符号引用还有Math类常量池里的 Lcom/tuling/jvm/Math 是类的全限定名main和compute是方法名称()是一种UTF8格式的描述符这些都是符号引用。 这些常量池现在是静态信息只有到运行时被加载到内存后这些符号才有对应的内存地址信息这些常量池一旦被装入内存就变成运行时常量池对应的符号引用在程序加载或运行时会被转变为被加载到内存区域的代码的直接引用也就是我们说的动态链接了。例如compute()这个符号引用在运行时就会被转变为compute()方法具体代码在内存中的地址主要通过对象头里的类型指针去转换直接引用。
字符串常量池
字符串常量池的设计思想 字符串的分配和其他的对象分配一样耗费高昂的时间与空间代价作为最基础的数据类型大量频繁的创建字符串极大程度地影响程序的性能 JVM为了提高性能和减少内存开销在实例化字符串常量的时候进行了一些优化
为字符串开辟一个字符串常量池类似于缓存区创建字符串常量时首先查询字符串常量池是否存在该字符串存在该字符串返回引用实例不存在实例化该字符串并放入池中 三种字符串操作(Jdk1.7 及以上版本)
直接赋值字符串
String s zhuge; // s指向常量池中的引用 这种方式创建的字符串对象只会在常量池中。 因为有zhuge这个字面量创建对象s的时候JVM会先去常量池中通过 equals(key) 方法判断是否有相同的对象。如果有则直接返回该对象在常量池中的引用如果没有则会在常量池中创建一个新对象再返回引用。
new String();
String s1 new String(zhuge); // s1指向内存中的对象引用 这种方式会保证字符串常量池和堆中都有这个对象没有就创建最后返回堆内存中的对象引用。 因为有zhuge这个字面量所以会先检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创建一个字符串对象再去内存中创建一个字符串对象zhuge存在的话就直接去堆内存中创建一个字符串对象zhuge最后将内存中的引用返回。
intern方法
String s1 new String(zhuge);
String s2 s1.intern();System.out.println(s1 s2); //false String中的intern方法是一个 native 的方法当调用 intern方法时如果池已经包含一个等于此String对象的字符串用equals(oject)方法确定则返回池中的字符串。否则将intern返回的引用指向当前字符串 s1(jdk1.6版本需要将 s1 复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, 运行时常量池在永久代运行时常量池包含字符串常量池
Jdk1.7有永久代但已经逐步“去永久代”字符串常量池从永久代里的运行时常量池分离到堆里
Jdk1.8及之后 无永久代运行时常量池在元空间字符串常量池里依然在堆里
用一个程序证明下字符串常量池在哪里通过内存溢出报错信息可知
/*** jdk6-Xms6M -Xmx6M -XX:PermSize6M -XX:MaxPermSize6M * jdk8-Xms6M -Xmx6M -XX:MetaspaceSize6M -XX:MaxMetaspaceSize6M*/
public class RuntimeConstantPoolOOM{public static void main(String[] args) {ArrayListString list new ArrayListString();for (int i 0; i 10000000; i) {String str String.valueOf(i).intern();list.add(str);}}
}运行结果
jdk7及以上Exception in thread main java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
jdk6Exception in thread main java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
字符串常量池设计原理 字符串常量池底层是hotspot的C实现的底层类似一个 HashTable 保存的本质上是字符串对象的引用。
看一道比较常见的面试题下面的代码创建了多少个 String 对象
String s1 new String(he) new String(llo);
String s2 s1.intern();System.out.println(s1 s2);
// 在 JDK 1.6 下输出是 false创建了 6 个对象
// 在 JDK 1.7 及以上的版本输出是 true创建了 5 个对象
// 当然我们这里没有考虑GC但这些对象确实存在或存在过 为什么输出会有这些变化呢主要还是字符串池从永久代中脱离、移入堆区的原因 intern() 方法也相应发生了变化 在 JDK 1.6 中调用 intern() 首先会在字符串池中寻找 equal() 相等的字符串假如字符串存在就返回该字符串在字符串池中的引用假如字符串不存在虚拟机会重新在永久代上创建一个实例将 StringTable 的一个表项指向这个新创建的实例。 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对象。字符串存在时和 JDK 1.6一样但是字符串不存在时不再需要重新创建实例可以直接指向堆上的实例。 由上面两个图也不难理解为什么 JDK 1.6 字符串池溢出会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space 而在 JDK 1.7 及以上版本抛出 OutOfMemoryError: Java heap space 。
String常量池问题的几个例子
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 分析因为例子中的 s0和s1中的”zhuge”都是字符串常量它们在编译期就被确定了所以s0s1为true而”zhu”和”ge”也都是字符串常量当一个字符串由多个字符串常量连接而成时它自己肯定也是字符串常量所以s2也同样在编译期就被优化为一个字符串常量zhuge所以s2也是常量池中” zhuge”的一个引用。所以我们得出s0s1s2。
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() 创建的字符串不是常量不能在编译期就确定所以new String() 创建的字符串不放入常量池中它们有自己的地址空间。 s0还是常量池 中zhuge”的引用s1因为无法在编译期确定所以是运行时创建的新对象”zhuge”的引用s2因为有后半部分 new String(”ge”)所以也无法在编译期确定所以也是一个新创建对象”zhuge”的引用明白了这些也就知道为何得出此结果了。
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对于字符串常量的号连接将在程序编译期JVM就将常量字符串的连接优化为连接后的值拿a 1来说经编译器优化后在class中就已经是a1。在编译期其字符串常量的值就确定下来故上面程序最终的结果都为true。
示例4
String a ab;
String bb b;
String b a bb;System.out.println(a b); // false 分析JVM对于字符串引用由于在字符串的连接中有字符串引用存在而引用的值在程序编译期是无法确定的即a bb无法被编译器优化只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b。所以上面程序的结果也就为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修饰对于final修饰的变量它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量池中或嵌入到它的字节码流中。所以此时的a bb和a b效果是一样的。故上面程序的结果为true。
示例6
String a ab;
final String bb getBB();
String b a bb;System.out.println(a b); // falseprivate static String getBB() { return b;
} 分析JVM对于字符串引用bb它的值在编译期无法确定只有在程序运行期调用方法后将方法的返回值和a来动态连接并分配地址为b故上面 程序的结果为false。
关于String是不可变的 通过上面例子可以得出得知
String s a b c; //就等价于String s abc;
String a a;
String b b;
String c c;
String s1 a b c; s1 这个就不一样了可以通过观察其JVM指令码发现s1的操作会变成如下操作
StringBuilder temp new StringBuilder();
temp.append(a).append(b).append(c);
String s temp.toString();
最后再看一个例子
//字符串常量池计算机和技术 堆内存str1引用的对象计算机技术 //堆内存中还有个StringBuilder的对象但是会被gc回收StringBuilder的toString方法会new String()这个String才是真正返回的对象引用
String str2 new StringBuilder(计算机).append(技术).toString();
//没有出现计算机技术字面量所以不会在常量池里生成计算机技术对象
System.out.println(str2 str2.intern()); //true
//计算机技术 在池中没有但是在heap中存在则intern时会直接返回该heap中的引用//字符串常量池ja和va 堆内存str1引用的对象java //堆内存中还有个StringBuilder的对象但是会被gc回收StringBuilder的toString方法会new String()这个String才是真正返回的对象引用
String str1 new StringBuilder(ja).append(va).toString();
//没有出现java字面量所以不会在常量池里生成java对象
System.out.println(str1 str1.intern()); //false
//之所以为false是因为java是关键字在JVM初始化的相关类里肯定早就放进字符串常量池了String s1new String(test);
System.out.println(s1s1.intern()); //false
//test作为字面量放入了池中而new时s1指向的是heap中新生成的string对象s1.intern()指向的是test字面量之前在池中生成的字符串对象String s2new StringBuilder(abc).toString();
System.out.println(s2s2.intern()); //false
//同上
八种基本类型的包装类和对象池 java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术(严格来说应该叫对象池在堆上)这些类是Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean,另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外Byte,Short,Integer,Long,Character这5种整型的包装类也只是在对应值小于等于127时才可使用对象池也即对象不负责创建和管理大于127的这些类的对象。因为一般这种比较小的数用到的概率相对较大。
public class Test {public static void main(String[] args) {//5种整形的包装类Byte,Short,Integer,Long,Character的对象 //在值小于127时可以使用对象池 //这种调用底层实际是执行的Integer.valueOf(127)里面用到了IntegerCache对象池Integer i1 127; Integer i2 127;System.out.println(i1 i2);//输出true //值大于127时不会从对象池中取对象 Integer i3 128;Integer i4 128;System.out.println(i3 i4);//输出false //用new关键词新生成对象不会使用对象池Integer i5 new Integer(127); Integer i6 new Integer(127);System.out.println(i5 i6);//输出false //Boolean类也实现了对象池技术 Boolean bool1 true;Boolean bool2 true;System.out.println(bool1 bool2);//输出true //浮点类型的包装类没有实现对象池技术 Double d1 1.0;Double d2 1.0;System.out.println(d1 d2);//输出false }
}
