詳解JVM常量池、Class、運行時、字符串常量池

目錄

1.常量池與Class常量池

2.運行時常量池

• 運行時常量池的簡介
• 方法區的Class文件信息,Class常量池和運行時常量池的三者關系

3.字符串常量池

• 字符串常量池的簡介
• 采用字面值的方式創建字符串對象
• 采用new關鍵字新建一個字符串對象
• 字符串池的優缺點

4.字符串常量池和運行時常量池之間的藕斷絲連

• 常量池和字符串常量池的版本變化
• String.intern在JDK6和JDK7之后的區別(重難點)

 

1.常量池

常量池,也叫 Class 常量池(常量池==Class常量池)。Java文件被編譯成 Class文件，Class文件中除了包含類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項就是常量池，常量池是當Class文件被Java虛擬機加載進來后存放在方法區 各種字面量 (Literal)和 符號引用 。

在Class文件結構中，最頭的4個字節用於 存儲魔數 (Magic Number)，用於確定一個文件是否能被JVM接受，再接着4個字節用於 存儲版本號，前2個字節存儲次版本號，后2個存儲主版本號，再接着是用於存放常量的常量池常量池主要用於存放兩大類常量：字面量和符號引用量，字面量相當於Java語言層面常量的概念，如文本字符串，聲明為final的常量值等，符號引用則屬於編譯原理方面的概念。如下

 

 

2.運行時常量池

2.1運行時常量池的簡介

運行時常量池是方法區的一部分。運行時常量池是當Class文件被加載到內存后，Java虛擬機會 將Class文件常量池里的內容轉移到運行時常量池里(運行時常量池也是每個類都有一個)。運行時常量池相對於Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中

2.2方法區的Class文件信息，Class常量池和運行時常量池的三者關系

 

 

字符串常量池

3.1字符串常量池的簡介

字符串常量池又稱為：字符串池，全局字符串池,英文也叫String Pool。 在工作中，String類是我們使用頻率非常高的一種對象類型。JVM為了提升性能和減少內存開銷，避免字符串的重復創建，其維護了一塊特殊的內存空間，這就是我們今天要討論的核心：字符串常量池。字符串常量池由String類私有的維護。

我們理清幾個概念：

在JDK7之前字符串常量池是在永久代里邊的，但是在JDK7之后，把字符串常量池分進了堆里邊。看下面兩張圖：

 

在堆中的字符串常量池： 里邊的字符串常量池存放的是字符串的引用或者字符串(兩者都有)下面例子會有具體的講

 

符號引用表會在下面講

我們知道，在Java中有兩種創建字符串對象的方式：

1. 采用字面值的方式賦值
2. 采用new關鍵字新建一個字符串對象。這兩種方式在性能和內存占用方面存在着差別。

3.2采用字面值的方式創建字符串對象

package Oneday;
public class a {
    public static void main(String[] args) {
        String str1="aaa";
        String str2="aaa";
        System.out.println(str1==str2);   
    }
}
運行結果：
true

采用字面值的方式創建一個字符串時，JVM首先會去字符串池中查找是否存在"aaa"這個對象，如果不存在，則在字符串池中創建"aaa"這個對象，然后將池中"aaa"這個對象的引用地址返回給字符串常量str，這樣str會指向池中"aaa"這個字符串對象；如果存在，則不創建任何對象，直接將池中"aaa"這個對象的地址返回，賦給字符串常量。

對於上述的例子：這是因為，創建字符串對象str2時，字符串池中已經存在"aaa"這個對象，直接把對象"aaa"的引用地址返回給str2，這樣str2指向了池中"aaa"這個對象，也就是說str1和str2指向了同一個對象，因此語句System.out.println(str1== str2)輸出：true

3.3采用new關鍵字新建一個字符串對象

package Oneday;
public class a {
    public static void main(String[] args) {
        String str1=new String("aaa");
        String str2=new String("aaa");
        System.out.println(str1==str2);
    }
}
運行結果：
false

采用new關鍵字新建一個字符串對象時，JVM首先在字符串常量池中查找有沒有"aaa"這個字符串對象，如果有，則不在池中再去創建"aaa"這個對象了，直接在堆中創建一個"aaa"字符串對象，然后將堆中的這個"aaa"對象的地址返回賦給引用str1，這樣，str1就指向了堆中創建的這個"aaa"字符串對象；如果沒有，則首先在字符串常量池池中創建一個"aaa"字符串對象，然后再在堆中創建一個"aaa"字符串對象，然后將堆中這個"aaa"字符串對象的地址返回賦給str1引用，這樣，str1指向了堆中創建的這個"aaa"字符串對象。

對於上述的例子：

因為，采用new關鍵字創建對象時，每次new出來的都是一個新的對象，也即是說引用str1和str2指向的是兩個不同的對象，因此語句

System.out.println(str1 == str2)輸出：false

字符串池的實現有一個前提條件：String對象是不可變的。因為這樣可以保證多個引用可以同時指向字符串池中的同一個對象。如果字符串是可變的，那么一個引用操作改變了對象的值，對其他引用會有影響，這樣顯然是不合理的。

3.4字符串池的優缺點

字符串池的優點就是避免了相同內容的字符串的創建，節省了內存，省去了創建相同字符串的時間，同時提升了性能；另一方面，字符串池的缺點就是犧牲了JVM在常量池中遍歷對象所需要的時間，不過其時間成本相比而言比較低

4.字符串常量池和運行時常量池之間的藕斷絲連

博主為啥要把他倆放在一起講呢，主要是隨着JDK的改朝換代，字符串常量池有很大的變動，和運行時常量池有關。而且網上眾說紛紜，我真的在看的時候ctm了，所以博主花很長時間把這一塊講明白，如果有錯誤或者異議可以通知博主。博主一定會在第一時間參與討論

4.1常量池和字符串常量池的版本變化

• 在JDK1.7之前運行時常量池邏輯包含字符串常量池存放在方法區, 此時hotspot虛擬機對方法區的實現為永久代
• 在JDK1.7 字符串常量池被從方法區拿到了堆中, 這里沒有提到運行時常量池,也就是說 字符串常量池被單獨拿到堆,運行時常量池剩下的東西還在方法區, 也就是hotspot中的永久代
• 在JDK1.8 hotspot移除了永久代用元空間(Metaspace)取而代之, 這時候字符串常量池還在堆, 運行時常量池還在方法區, 只不過方法區的實現從永久代變成了元空間(Metaspace)

4.2String.intern在JDK6和JDK7之后的區別(重點)

JDK6和JDK7中該方法的功能是一致的，不同的是常量池位置的改變（JDK7將常量池放在了堆空間中），下面會具體說明。intern的方法返回字符串對象的規范表示形式。其中它做的事情是：首先去判斷該字符串是否在常量池中存在，如果存在返回常量池中的字符串，如果在字符串常量池中不存在，先在字符串常量池中添加該字符串，然后返回引用地址

例子1：

String s1 = new String("1");
s1.intern();
String s2 = "1";
System.out.println(s1 == s2);

運行結果：
JDK6運行結果：false
JDK7運行結果：false

我們首先看一張圖：

 

上邊例子中s1是new出來對象存放的位置的引用，s2是存放在字符串常量池的字符串的引用，所以兩者不同

例子2：

String s1 = new String("1");
System.out.println(s1.intern() == s1);

運行結果：
JDK6運行結果：false
JDK7運行結果：false

上邊例子中s1是new出來對象存放的位置的引用，s1.intern()返回的是字符串常量池里字符串的引用

例子3：

String s1 = new String("1") + new String("1");
s1.intern();
String s2 = "11";
System.out.println(s1 == s2);
運行結果：
JDK6運行結果：false
JDK7運行結果：true

JDK6中，s1.intern()運行時，首先去常量池查找，發現沒有該常量，則在常量池中開辟空間存儲"11"，返回常量池中的值（注意這里也沒有使用該返回值），第三行中，s2直接指向常量池里邊的字符串，所以s1和s2不相等。有可能會有小伙伴問為啥s1.intern()發現沒有該常量呢，那是因為：

String s1 = new String(“1”) + new String(“1”);這行代碼實際操作是，創建了一個StringBuilder對象，然后一路append，最后toString，而toString其實是又重新new了一個String對象，然后把對象給s1，此時並沒有在字符串常量池中添加常量

JDK7中，由於字符串常量池在堆空間中，所以在s1.intern()運行時，發現字符串 常量池沒有常量，則添加常量並使其指向堆空間地址，返回堆空間地址（注意這里也沒有使用該返回值），這時s2通過查找常量池中的常量，同樣也指向了堆空間地址，所以s1和s2相等。

例子4：

String s1 = new String("1") + new String("1");
System.out.println(s1.intern() == s1);

JDK6中，常量池在永久代中，s1.intern()去常量池中查找"11"，發現沒有該常量，則在常量池中開辟空間存儲"11"，返回常量池中的值，s1指向堆空間地址，所以二者不相等。

JDK7中，常量池在堆空間，s1.intern()去常量池中查找"11"，發現沒有該常量，則在字符串常量池中開辟空間，指向堆空間地址，則返回字符串常量池指向的堆空間地址，s1也是堆空間地址，所以二者相等。

例子5：

package Oneday;
public class a {
    public static void main(String[] args) {
       String str=new String("123");
        System.out.println(str.intern()==str);
    }
}
運行結果：
JDK7：false