StringTable（字符串常量池）

目录

String的基本特性

String的内存分配

字符串拼接操作

intern()的使用

String的基本特性

  • String：字符串，使用一对""引起来表示

  • 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。

  • String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[]

String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。

  • 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。

  • 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。

  • 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。

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。

字符串常量池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:StringTablesize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

  • 在JDK8中，设置StringTable长度的话，1009是可以设置的最小值

String的内存分配

在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。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的概念。

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。

  • 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。这个后面重点谈

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及以后，字符串常量池在堆中。

@Test
public void test1() {
    System.out.print1n("1"); //2321
    System.out.println("2");
    System.out.println("3");
    System.out.println("4");
    System.out.println("5");
    System.out.println("6");
    System.out.println("7");
    System.out.println("8");
    System.out.println("9");
    System.out.println("10"); //2330
    System.out.println("1"); //2321
    System.out.println("2"); //2322
    System.out.println("3");
    System.out.println("4");
    System.out.println("5");
    System.out.print1n("6");
    System.out.print1n("7");
    System.out.println("8");
    System.out.println("9");
    System.out.println("10");//2330
}

Java语言规范里要求完全相同的字符串字面量，应该包含同样的Unicode字符序列（包含同一份码点序列的常量），并且必须是指向同一个String类实例。

class Memory {
    public static void main(String[] args) {// 1
        int i= 1;//2
        Object obj = new Object();// 3
        Memory mem = new Memory();// 4
        mem.foo(obj);// 5
    }// 9
    private void foo(Object param) {// 6
        String str = param.toString();// 7
        System.out.println(str);
    }// 8
}

字符串拼接操作

  • 常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化

  • 常量池中不会存在相同内容的变量

  • 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

  • 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

举例1:

  public static void test1() {
      // 都是常量，前端编译期会进行代码优化
      // 通过idea直接看对应的反编译的class文件，会显示 String s1 = "abc"; 说明做了代码优化
      String s1 = "a" + "b" + "c";  
      String s2 = "abc"; 
  
      // true，由上述可知，s1和s2实际上指向字符串常量池中的同一个值
      System.out.println(s1 == s2); 
  }

举例2：

public static void test5() {
    String s1 = "javaEE";
    String s2 = "hadoop";
​
    String s3 = "javaEEhadoop";
    String s4 = "javaEE" + "hadoop";    
    String s5 = s1 + "hadoop";
    String s6 = "javaEE" + s2;
    String s7 = s1 + s2;
​
    System.out.println(s3 == s4); // true 编译期优化
    System.out.println(s3 == s5); // false s1是变量，不能编译期优化
    System.out.println(s3 == s6); // false s2是变量，不能编译期优化
    System.out.println(s3 == s7); // false s1、s2都是变量
    System.out.println(s5 == s6); // false s5、s6 不同的对象实例
    System.out.println(s5 == s7); // false s5、s7 不同的对象实例
    System.out.println(s6 == s7); // false s6、s7 不同的对象实例
​
    String s8 = s6.intern();
    System.out.println(s3 == s8); // true intern之后，s8和s3一样，指向字符串常量池中的"javaEEhadoop"
}

举例3：

public void test6(){
    String s0 = "beijing";
    String s1 = "bei";
    String s2 = "jing";
    String s3 = s1 + s2;
    System.out.println(s0 == s3); // false s3指向对象实例，s0指向字符串常量池中的"beijing"
    String s7 = "shanxi";
    final String s4 = "shan";
    final String s5 = "xi";
    String s6 = s4 + s5;
    System.out.println(s6 == s7); // true s4和s5是final修饰的，编译期就能确定s6的值了
}

  • 不使用final修饰，即为变量。如s3行的s1和s2，会通过new StringBuilder进行拼接

  • 使用final修饰，即为常量。会在编译器进行代码优化。

举例4：

public void test3(){
    String s1 = "a";
    String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    String s4 = s1 + s2;
    System.out.println(s3==s4);//false
}

我们拿例4的字节码进行查看，可以发现s1 + s2实际上是new了一个StringBuilder对象，并使用了append方法将s1和s2添加进来，最后调用了toString方法赋给s4

 0 ldc #2 <a>
 2 astore_1
 3 ldc #3 <b>
 5 astore_2
 6 ldc #4 <ab>
 8 astore_3
 9 new #5 <java/lang/StringBuilder>
12 dup
13 invokespecial #6 <java/lang/StringBuilder.<init>>
16 aload_1
17 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
20 aload_2
21 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
24 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.toString>
27 astore 4
29 getstatic #9 <java/lang/System.out>
32 aload_3
33 aload 4
35 if_acmpne 42 (+7)
38 iconst_1
39 goto 43 (+4)
42 iconst_0
43 invokevirtual #10 <java/io/PrintStream.println>
46 return

字符串拼接效率对比

public class Test
{
    public static void main(String[] args) {
        int times = 50000;
​
        // String
        long start = System.currentTimeMillis();
        testString(times);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("String: " + (end-start) + "ms");
​
        // StringBuilder
        start = System.currentTimeMillis();
        testStringBuilder(times);
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuilder: " + (end-start) + "ms");
​
        // StringBuffer
        start = System.currentTimeMillis();
        testStringBuffer(times);
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("StringBuffer: " + (end-start) + "ms");
    }
​
    public static void testString(int times) {
        String str = "";
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            str += "test";
        }
    }
​
    public static void testStringBuilder(int times) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            sb.append("test");
        }
    }
​
    public static void testStringBuffer(int times) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            sb.append("test");
        }
    }
}
​
// 结果
String: 7963ms
StringBuilder: 1ms
StringBuffer: 4ms

本实验进行5万次循环，String拼接方式的时间是StringBuilder.append方式的约8000倍，StringBuffer.append()方式的时间是StringBuilder.append()方式的约4倍

可以看到，通过StringBuilder的append方式的速度，要比直接对String使用“+”拼接的方式快的不是一点半点

那么，在实际开发中，对于需要多次或大量拼接的操作，在不考虑线程安全问题时，我们就应该尽可能使用StringBuilder进行append操作

StringBuilder空参构造器的初始化大小为16。那么，如果提前知道需要拼接String的个数，就应该直接使用带参构造器指定capacity，以减少扩容的次数（扩容的逻辑可以自行查看源代码）

/**
 * Constructs a string builder with no characters in it and an
 * initial capacity of 16 characters.
 */
public StringBuilder() {
    super(16);
}
​
/**
 * Constructs a string builder with no characters in it and an
 * initial capacity specified by the {@code capacity} argument.
 *
 * @param      capacity  the initial capacity.
 * @throws     NegativeArraySizeException  if the {@code capacity}
 *               argument is less than {@code 0}.
 */
public StringBuilder(int capacity) {
    super(capacity);
}

new String(“ab”)会创建几个对象？

2个

一个对象是：new关键字在堆空间创建的

另一个对象是：字符串常量池中的对象"ab"

new String(“a”) + new String(“b”)创建几个对象呢？

5个（在常量池中是没有ab存在的）

对象1：new StringBuilder()

对象2： new String(“a”)在堆中

对象3： 常量池中的"a"

对象4： new String(“b”)在堆中

对象5： 常量池中的"b"

intern()的使用

当调用intern方法时，如果池子里已经包含了一个与这个String对象相等的字符串，正如equals(Object)方法所确定的，那么池子里的字符串会被返回。否则，这个String对象被添加到池中，并返回这个String对象的引用。

由此可见，对于任何两个字符串s和t，当且仅当s.equals(t)为真时，s.intern() == t.intern()为真。

s.intern()返回一个与此字符串内容相同的字符串，但保证是来自一个唯一的字符串池。

intern是一个native方法，调用的是底层C的方法

public native String intern();

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，它会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。

String myInfo = new string("I love Java").intern();

也就是说，如果在任意字符串上调用String.intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必须和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同。因此，下列表达式的值必定是true

("a"+"b"+"c").intern() == "abc"

通俗点讲，Interned string就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）

String的intern()的使用：

JDK1.6中，将这个字符串对象尝试放入字符串常量池。

  • 如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的字符串常量池中的对象的地址

  • 如果没有，会把此对象复制一份，放入字符串常量池，并返回字符串常量池中的对象地址

JDK1.7起，将这个字符串对象尝试放入字符串常量池。

  • 如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的字符串常量池中的对象的地址

  • 如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入字符串常量池，并返回字符串常量池中的引用地址，它不会创建一个对象，如果堆中已经这个字符串，那么会将堆中的引用地址赋给它

/**
 * ① String s = new String("1")
 * 创建了两个对象
 *      堆空间中一个new对象
 *      字符串常量池中一个字符串常量"1"（注意：此时字符串常量池中已有"1"）
 * ② s.intern()由于字符串常量池中已存在"1"
 * 
 * s  指向的是堆空间中的对象地址
 * s2 指向的是堆空间中常量池中"1"的地址
 * 所以不相等
 */
String s = new String("1");
s.intern();
String s2 = "1";
System.out.println(s==s2); // jdk1.6 false jdk7/8 false
​
/*
 * ① String s3 = new String("1") + new String("1")
 * 等价于new String（"11"），但是，常量池中并不生成字符串"11"；
 *
 * ② s3.intern()
 * 由于此时常量池中并无"11"，所以把s3中记录的对象的地址存入常量池
 * 所以s3 和 s4 指向的都是一个地址
*/
String s3 = new String("1") + new String("1");
s3.intern();
String s4 = "11";
System.out.println(s3==s4); //jdk1.6 false jdk7/8 true

JDK1.6 

JDK1.7 

练习1

练习2：

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