Java --- JVM之StringTable

一、String的基本特性

二、String的内存分配

2.1、String内存分布图

三、字符串拼接操作

3.1、字符串拼接操作底层原理

3.2、拼接操作与append操作效率对比

四、intern()方法

4.1、intern()效率

五、StringTable的垃圾回收

一、String的基本特性

1、String字符串，使用一对""引起表示

2、String声明为Final的，不可被继承

3、String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。实现Comparable接口：表示String可以比较大小。

4、String字符串在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[]。

5、String代表不可变的字符串序列。①、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。②、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。③、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。

6、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。

参考代码：

public class StringTest {
    @Test
    public void test1(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "a";
        s2 = "b";
        System.out.println(s1 == s2);//false
        System.out.println(s1);//a
        System.out.println(s2);//b
    }
    @Test
    public void test2(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "a";
        s2 += "b";
        System.out.println(s1);//a
        System.out.println(s2);//ab
    }
    @Test
    public void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = s1.replace('a','b');
        System.out.println(s1);//a
        System.out.println(s2);//b
    }
}

面试题：

public class StringTest02 {
    String s1 = new String("hello");
    char[] chars = {'t','o','m'};

    public void change(String s1,char chars[]){
        s1 = "test ok";
        chars[0] = 'a';
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringTest02 str = new StringTest02();
        str.change(str.s1,str.chars);
        System.out.println(str.s1);//”hello“
        System.out.println(str.chars);//”aom“
    }
}

7、字符串常量池是不会存储相同内容的字符串。

①、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调用String.intern时性能会大幅度下降。

参考代码：

public class StringTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileWriter fileWriter = new FileWriter("hello.txt");
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                int length = (int) (Math.random() * (10) + 1);
                fileWriter.write(getString(length) + "\n");
            }
            fileWriter.close();
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static String getString(int length){
        String str = "";
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int num = (int) (Math.random() * (90 - 65 + 1) + 65) + (int) (Math.random() * 2) * 32;
            str += (char)num;

        }
        return str;
    }
}

public class StringTest03 {
    public static void main(String[] args)  {
        //参数设置：-XX:StringTableSize=1009
//        System.out.println("String参数设置开始");
//        try {
//            Thread.sleep(100000);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            throw new RuntimeException(e);
//        }
        BufferedReader bufferedReader = null;
        try {
             bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader("hello.txt"));
            long start = System.currentTimeMillis();
            String data;
            while ((data = bufferedReader.readLine()) != null){
                data.intern();
            }
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));//参数1009.时间91ms。参数1000009，时间35ms
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            if (bufferedReader != null){
                try {
                    bufferedReader.close();
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
    }

}

②、使用-XX:StringTableSize可设置StringTable的长度。

③、在jdk6中的StringTable的是固定的，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。

④、在jdk7中，StringTable的默认长度是60013，jdk8及以后1009是设置的最小值。

以jdk8测试：

二、String的内存分配

1、Java语言中有八大基本数据类型和特殊的String类型，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概念。

2、常量池类似一个Java系统级别提供缓存。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。

①、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。

②、不使用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern()方法。

3、Java6及以前，字符串常量池存放在永久代中。

4、Java7中将字符串常量池的位置调整到Java堆中。

①、所有的字符串都保存在堆中，和其他普通对象一样，这样可以在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。

②、字符串常量池概念原本使用的比较多，但改动后可以重新考虑在Java7中使用String.intern()

5、Java8元空间，字符串常量在堆。

2.1、String内存分布图

三、字符串拼接操作

1、常量与常量的拼接结果是在常量池，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、只要其中一个是变量，结果就在堆中。变量的拼接的原理是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。

参考代码：

 @Test
    public void test1(){
        String s1 = "a" + "b" + "c";
        String s2 = "abc";
        System.out.println(s1 == s2);//true
        System.out.println(s1.equals(s2));//true
    }
    @Test
    public void test2(){
        String s1 = "javaee";
        String s2 = "hadoop";
        String s3 = "javaeehadoop";
        String s4 = "javaee" + "hadoop";//编译期优化
        //拼接字符串的前后出现变量，相当于在堆空间中new String(),
        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，有就返回该值地址，没有就重新加载一份。
        String s8 = s6.intern();
        System.out.println(s3 == s8);//true
    }

3.1、字符串拼接操作底层原理

参考代码：

 @Test
    public void test3(){
       String s1 = "a";
       String s2 = "b";
       String s3 = "ab";
        /**
         * s1 + s2执行步骤
         * ①、StringBuilder s = new StringBuilder();
         * ②、s.append("a")
         * ③、s.append("b")
         * s.toString() ---> 约等于 new String("ab");
         */
       String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//false
    }
    @Test
    public void test4(){
        /**
         * 字符串拼接操作不一定使用StringBuilder()
         * 如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
         * 针对于final修饰的类、方法、基本数据类型，引用数据类型的量的结构时，能使用final时建议使用
         */
        final String s1 = "a";
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }

3.2、拼接操作与append操作效率对比

参考代码：

@Test
    public void test5(){
        /**
         *通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于字符串拼接
         * ①、StringBuilder的append()方式，只需要创建一个StringBuilder对象，而字符串拼接则需要创建多个StringBuilder和String对象
         * ②、使用String的字符串拼接方式，内存中创建了较多的StringBuilder和String对象，内存占用更大，如垃圾回收效率要更频繁
         * 优化：在基本确定要添加的字符串的长度不高于某个限定值highlevel，可以使用构造器new StringBuilder(参数)
         */
        long start = System.currentTimeMillis();
        method1(10000);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("method1花费时间为：" + (end - start));//89
        long start1 = System.currentTimeMillis();
        method2(10000);
        long end1 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("method2花费时间为：" + (end1 - start1));//0
    }
    public void method1(int highLevel){
        String str = "";
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            str = str + "a";
        }
    }
    public void method2(int highLevel){
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            stringBuilder = stringBuilder.append("a");
        }
    }

四、intern()方法

如果不是双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern():intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，如不存在就会将当前字符串放入常量池中。

public class StringTest07 {
    //以jdk8为例
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，常量池中已经有“1"
        String s1 = "1";
        System.out.println(s == s1);//false
        //s3变量的记录地址为new String(”11“)，但在常量池中没有创建的”11“
        String  s3 = new String("1") + new String("1");
        s3.intern();//该方法执行完就生成11，但没有在常量池中创建”11“，而是创建一个指向堆空间中new String(”11“)的地址
        String s4 = "11";//使用的是上行代码生成的”11“ --》即常量池中生成的”11“的地址
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }
}

总结：在jdk6中，如果串池中有，就返回已有的串池中的对象的地址，如果没有，就是将这个对象复制一份，放入串池，并返回这个对象的地址。从jdk7起，如果串池中有，就返回已有的串池中的对象的地址，如果没有，就是将这个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。

4.1、intern()效率

参考代码：

public class StringTest08 {
    static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
    static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];
    public static void main(String[] args) {
        int[] data = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
        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(100000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.gc();
    }
}

结论：对于程序中大量存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省很多内存空间。

五、StringTable的垃圾回收

参考代码：

参数设置：-Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails

public class StringTest09 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            String.valueOf(i).intern();
        }
    }
}