JVM_06_String的底层原理

基本特性

☆☆☆☆☆☆String类被final修饰了，final类不能被继承，因此final类的成员方法没有机会被覆盖，默认都是final的。在设计类时候，如果这个类不需要有子类，类的实现细节不允许改变，并且确信这个类不会载被扩展，那么就设计为final类

String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[]。

结论: String 再也不用char[] 来存储啦，改成了byte[] 加上编码标记，节约了一些空间。（因为在String中大部分字符用一个byte就可以存储。用char会造成一般空间的浪费，基于String的类，比如StringBuilder、StringBuffer都做了相应的修改）

String底层HashTable结构的说明

●字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的。
➢String的String Pool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时性能会大幅下降。
➢使用-XX: StringTableSi ze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（为什么StringTable的长度变大，因为缓解哈希冲突）
➢Jdk8开始，设置StringTable的长度的话，1009是可设置的最小值。

String的内存分配

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。

存放在jvm中的位置

●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

为什么要调整StringTable的位置？

①永久代的默认空间比较小

②永久代垃圾回收频率低

因为①和②，所以容易报OOM异常

字符串的拼接操作

1.常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
2.常量池中不会存在相同内容的常量。
3.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。
4.如果拼接的结果调用intern()方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。

代码举例如下：

　　　　　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  ☆☆☆☆☆☆☆

字符串拼接的执行细节

        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        
        String s4 = s1 + s2;
        /*
        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")

        补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
         */
        System.out.println(s3 == s4);//false

注意：

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。

如下：s1和s2都被String修饰了

        final String s1 = "a";
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//true

拼接操作和append()方法效率的对比

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！
详情：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象；使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象。

　　　② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

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]，先建一个容量足够大的StringBuilder

面试题

1.new String("ab")会创建几个对象？

两个，一个在new关键字在堆空间中创建的，分配一块空间存放new的对象，另外一个在字符串常量池中放一个"ab"

如何证明？看字节码指令ldc和new，就知道是两个

2.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"，也就是说new String("a") + new String("b")没有在字符串常量池中生成"ab"

3.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();

4.intern()方法的面试题：判断以下输出

①

        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

如果改成：

        String s = new String("1");
        s = 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);//true

则输出为true，具体原因见最底下的分析；

②

        String s3 = new String("1") + new String("1");//执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        s3.intern();//在字符串常量池中生成"11"。如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
                                            //         jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
        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

如果改成：

        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false-----------（1）

输出为false，s3.intern() 并没有干什么事情---------------（1）

如果再改成：

        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        s3 = s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//true -------------------（2）

输出则为true-----------------------（2）

可以看看下面对（1）和（2）的同时举例：

        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        String s5 = s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s5 == s4);//true

intern()方法的总结

jdk1.6中,I将这个字符串对象尝试放入串池。

➢如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
➢如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址（直接new了一个对象）

Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。

➢如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
➢如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址

intern()方法的巩固

巩固一：

　　public static void main(String[] args) {
        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"

        String s2 = s.intern();//jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"
                               //jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回

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

解析如下：

（1）jdk1.6中，String s2 = s.intern(); 在串池中创建一个字符串"ab"

（2）jdk1.7/1.8以后：String s2 = s.intern(); 没有在常量池中创建“ab”，而是而是创建一个引用（一个地址值），指向new String("ab")，将此引用返回

如果在之前就加一个 String x = "ab"; 则结果又不一样，代码如下

    public static void main(String[] args) {
        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:false
    }

解析：因为常量池中已经有了"ab"

再来一题：

    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"
        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"
        s1.intern();
        String s2 = "ab";
        System.out.println(s1 == s2);
    }

如果是 String s1 = new String("ab"); ------------------> false

String s1 = new String("a") + new String("b"); ------->true

-------根据宋红康老师的JVM从入门到精通和周志明老师的深入理解JAVA虚拟机学习

posted @ 2020-09-05 21:26 Mistolte 阅读(402) 评论(0) 收藏举报

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