JVM系列-第9章-StringTable(字符串常量池)

StringTable(字符串常量池)

String的基本特性

  1. String:字符串,使用一对 “” 引起来表示
String s1 = "atguigu" ;   			// 字面量的定义方式
String s2 =  new String("hello");     // new 对象的方式
  1. String被声明为final的,不可被继承

  2. 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

  3. 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[]

为什么 JDK9 改变了 String 的结构

官方文档http://openjdk.java.net/jeps/254

为什么改为 byte[] 存储?

  1. String类的当前实现将字符存储在char数组中,每个字符使用两个字节(16位)。
  2. 从许多不同的应用程序收集的数据表明,字符串是堆使用的主要组成部分,而且大多数字符串对象只包含拉丁字符(Latin-1)。这些字符只需要一个字节的存储空间,因此这些字符串对象的内部char数组中有一半的空间将不会使用,产生了大量浪费。
  3. 之前 String 类使用 UTF-16 的 char[] 数组存储,现在改为 byte[] 数组 外加一个编码标识存储。该编码表示如果你的字符是ISO-8859-1或者Latin-1,那么只需要一个字节存。如果你是其它字符集,比如UTF-8,你仍然用两个字节存
  4. 结论:String再也不用char[] 来存储了,改成了byte [] 加上编码标记,节约了一些空间
  5. 同时基于String的数据结构,例如StringBuffer和StringBuilder也同样做了修改
// 之前
private final char value[];
// 之后
private final byte[] value

String 的基本特性

  • String:代表不可变的字符序列。简称:不可变性。
  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。
  • 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。

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

代码

	@Test
    public void test1() {
        String s1 = "abc";//字面量定义的方式,"abc"存储在字符串常量池中
        String s2 = "abc";
        s1 = "hello";

        System.out.println(s1 == s2);//判断地址:true  --> false

        System.out.println(s1);//
        System.out.println(s2);//abc

    }

字节码指令

  • 取字符串 “abc” 时,使用的是同一个符号引用:#2
  • 取字符串 “hello” 时,使用的是另一个符号引用:#3

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

	@Test
    public void test2() {
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        s2 += "def";
        System.out.println(s2);//abcdef
        System.out.println(s1);//abc
    }

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

@Test
public void test3() {
    String s1 = "abc";
    String s2 = s1.replace('a', 'm');
    System.out.println(s1);//abc
    System.out.println(s2);//mbc
}

一道笔试题

public class StringExer {
    String str = new String("good");
    char[] ch = {'t', 'e', 's', 't'};

    public void change(String str, char ch[]) {
        str = "test ok";
        ch[0] = 'b';
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringExer ex = new StringExer();
        ex.change(ex.str, ex.ch);
        System.out.println(ex.str);//good
        System.out.println(ex.ch);//best
    }

}

str 的内容并没有变:“test ok” 位于字符串常量池中的另一个区域(地址),进行赋值操作并没有修改原来 str 指向的引用的内容

String 的底层结构

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的

  1. String的String Pool(字符串常量池)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()方法时性能会大幅下降。
  2. 使用-XX:StringTablesize可设置StringTable的长度
  3. 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
  4. 在JDK7中,StringTable的长度默认值是60013,StringTablesize设置没有要求
  5. 在JDK8中,StringTable的长度默认值是60013,StringTable可以设置的最小值为1009

测试不同 StringTable 长度下,程序的性能

代码

/**
 * 产生10万个长度不超过10的字符串,包含a-z,A-Z
 */
public class GenerateString {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileWriter fw =  new FileWriter("words.txt");

        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            //1 - 10
           int length = (int)(Math.random() * (10 - 1 + 1) + 1);
            fw.write(getString(length) + "\n");
        }

        fw.close();
    }

    public static String getString(int length){
        String str = "";
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            //65 - 90, 97-122
            int num = (int)(Math.random() * (90 - 65 + 1) + 65) + (int)(Math.random() * 2) * 32;
            str += (char)num;
        }
        return str;
    }
}

public class StringTest2 {
    public static void main(String[] args) {

        BufferedReader br = null;
        try {
            br = new BufferedReader(new FileReader("words.txt"));
            long start = System.currentTimeMillis();
            String data;
            while((data = br.readLine()) != null){
                data.intern(); //如果字符串常量池中没有对应data的字符串的话,则在常量池中生成
            }

            long end = System.currentTimeMillis();

            System.out.println("花费的时间为:" + (end - start));//1009:143ms  100009:47ms
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(br != null){
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }
}

  • -XX:StringTableSize=1009 :程序耗时 143ms

  • -XX:StringTableSize=100009 :程序耗时 47ms

String 的内存分配

  1. 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。

  2. 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。这个后面重点谈

  3. Java 6及以前,字符串常量池存放在永久代

  4. 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()。
  5. Java8元空间,字符串常量在堆

StringTable 为什么要调整?

官方文档:https://www.oracle.com/java/technologies/javase/jdk7-relnotes.html#jdk7changes

  1. 为什么要调整位置?
    • 永久代的默认空间大小比较小
    • 永久代垃圾回收频率低,大量的字符串无法及时回收,容易进行Full GC产生STW或者容易产生OOM:PermGen Space
    • 堆中空间足够大,字符串可被及时回收
  2. 在JDK 7中,interned字符串不再在Java堆的永久代中分配,而是在Java堆的主要部分(称为年轻代和年老代)中分配,与应用程序创建的其他对象一起分配。
  3. 此更改将导致驻留在主Java堆中的数据更多,驻留在永久生成中的数据更少,因此可能需要调整堆大小。

代码示例

/** * jdk6中: * -XX:PermSize=6m -XX:MaxPermSize=6m -Xms6m -Xmx6m * * jdk8中: * -XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m */public class StringTest3 {    public static void main(String[] args) {        //使用Set保持着常量池引用,避免full gc回收常量池行为        Set<String> set = new HashSet<String>();        //在short可以取值的范围内足以让6MB的PermSize或heap产生OOM了。        short i = 0;        while(true){            set.add(String.valueOf(i++).intern());        }    }}

输出结果:我真没骗你,字符串真的在堆中(JDK8)

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space	at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:703)	at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)	at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)	at java.util.HashSet.add(HashSet.java:219)	at com.atguigu.java.StringTest3.main(StringTest3.java:22)Process finished with exit code 1

String 的基本操作

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。

举例1

public class StringTest4 {    public static void main(String[] args) {        System.out.println();//2293        System.out.println("1");//2294        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");//2303        //如下的字符串"1" 到 "10"不会再次加载        System.out.println("1");//2304        System.out.println("2");//2304        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");//2304    }}

分析字符串常量池的变化

1、程序启动时已经加载了 2293 个字符串常量

2、加载了一个换行符(println),所以多了一个

3、加载了字符串常量 “1”~“9”

4、加载字符串常量 “10”

5、之后的字符串"1" 到 "10"不会再次加载

举例2

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

分析运行时内存(foo() 方法是实例方法,其实图中少了一个 this 局部变量)

字符串拼接操作

先说结论

  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变量
  3. 拼接前后,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,根据该字符串是否在常量池中存在,分为:
    • 如果存在,则返回字符串在常量池中的地址
    • 如果字符串常量池中不存在该字符串,则在常量池中创建一份,并返回此对象的地址

1、常量与常量的拼接结果在常量池,原理是编译期优化

代码

@Test    public void test1(){        String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化:等同于"abc"        String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中,将此地址赋给s2        /*         * 最终.java编译成.class,再执行.class         * String s1 = "abc";         * String s2 = "abc"         */        System.out.println(s1 == s2); //true        System.out.println(s1.equals(s2)); //true    }

从字节码指令看出:编译器做了优化,将 “a” + “b” + “c” 优化成了 “abc”

0 ldc #2 <abc>2 astore_13 ldc #2 <abc>5 astore_26 getstatic #3 <java/lang/System.out>9 aload_110 aload_211 if_acmpne 18 (+7)14 iconst_115 goto 19 (+4)18 iconst_019 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>22 getstatic #3 <java/lang/System.out>25 aload_126 aload_227 invokevirtual #5 <java/lang/String.equals>30 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>33 return

IDEA 反编译 class 文件后,来看这个问题

2、拼接前后,只要其中有一个是变量,结果就在堆中

调用 intern() 方法,则主动将字符串对象存入字符串常量池中,并将其地址返回

@Test    public void test2(){        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    }

从字节码角度来看:拼接前后有变量,都会使用到 StringBuilder 类

0 ldc #6 <javaEE>2 astore_13 ldc #7 <hadoop>5 astore_26 ldc #8 <javaEEhadoop>8 astore_39 ldc #8 <javaEEhadoop>11 astore 413 new #9 <java/lang/StringBuilder>16 dup17 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>20 aload_121 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>24 ldc #7 <hadoop>26 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>29 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>32 astore 534 new #9 <java/lang/StringBuilder>37 dup38 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>41 ldc #6 <javaEE>43 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>46 aload_247 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>50 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>53 astore 655 new #9 <java/lang/StringBuilder>58 dup59 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>62 aload_163 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>66 aload_267 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>70 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>73 astore 775 getstatic #3 <java/lang/System.out>78 aload_379 aload 481 if_acmpne 88 (+7)84 iconst_185 goto 89 (+4)88 iconst_089 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>92 getstatic #3 <java/lang/System.out>95 aload_396 aload 598 if_acmpne 105 (+7)101 iconst_1102 goto 106 (+4)105 iconst_0106 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>109 getstatic #3 <java/lang/System.out>112 aload_3113 aload 6115 if_acmpne 122 (+7)118 iconst_1119 goto 123 (+4)122 iconst_0123 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>126 getstatic #3 <java/lang/System.out>129 aload_3130 aload 7132 if_acmpne 139 (+7)135 iconst_1136 goto 140 (+4)139 iconst_0140 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>143 getstatic #3 <java/lang/System.out>146 aload 5148 aload 6150 if_acmpne 157 (+7)153 iconst_1154 goto 158 (+4)157 iconst_0158 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>161 getstatic #3 <java/lang/System.out>164 aload 5166 aload 7168 if_acmpne 175 (+7)171 iconst_1172 goto 176 (+4)175 iconst_0176 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>179 getstatic #3 <java/lang/System.out>182 aload 6184 aload 7186 if_acmpne 193 (+7)189 iconst_1190 goto 194 (+4)193 iconst_0194 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>197 aload 6199 invokevirtual #13 <java/lang/String.intern>202 astore 8204 getstatic #3 <java/lang/System.out>207 aload_3208 aload 8210 if_acmpne 217 (+7)213 iconst_1214 goto 218 (+4)217 iconst_0218 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>221 return

字符串拼接的底层细节

举例1

    @Test    public void test3(){        String s1 = "a";        String s2 = "b";        String s3 = "ab";        /*        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"),但不等价        补充:在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer         */        String s4 = s1 + s2;//        System.out.println(s3 == s4);//false    }

字节码指令

0 ldc #14 <a>2 astore_13 ldc #15 <b>5 astore_26 ldc #16 <ab>8 astore_39 new #9 <java/lang/StringBuilder>12 dup13 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>16 aload_117 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>20 aload_221 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>27 astore 429 getstatic #3 <java/lang/System.out>32 aload_333 aload 435 if_acmpne 42 (+7)38 iconst_139 goto 43 (+4)42 iconst_043 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>46 return

举例2

/*    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。     */    @Test    public void test4(){        final String s1 = "a";        final String s2 = "b";        String s3 = "ab";        String s4 = s1 + s2;        System.out.println(s3 == s4);//true    }

从字节码角度来看:为变量 s4 赋值时,直接使用 #16 符号引用,即字符串常量 “ab”

0 ldc #14 <a>2 astore_13 ldc #15 <b>5 astore_26 ldc #16 <ab>8 astore_39 ldc #16 <ab>11 astore 413 getstatic #3 <java/lang/System.out>16 aload_317 aload 419 if_acmpne 26 (+7)22 iconst_123 goto 27 (+4)26 iconst_027 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>30 return

拼接操作与 append 操作的效率对比

    @Test    public void test6(){        long start = System.currentTimeMillis();//        method1(100000);//4014        method2(100000);//7        long end = System.currentTimeMillis();        System.out.println("花费的时间为:" + (end - start));    }    public void method1(int highLevel){        String src = "";        for(int i = 0;i < highLevel;i++){            src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String        }//        System.out.println(src);    }    public void method2(int highLevel){        //只需要创建一个StringBuilder        StringBuilder src = new StringBuilder();        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {            src.append("a");        }//        System.out.println(src);    }
  1. 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!

  2. 原因:

    1. StringBuilder的append()的方式:
      • 自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
    2. 使用String的字符串拼接方式:
      • 创建过多个StringBuilder和String(调的toString方法)的对象,内存占用更大;
      • 如果进行GC,需要花费额外的时间(在拼接的过程中产生的一些中间字符串可能永远也用不到,会产生大量垃圾字符串)。
  3. 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]
    • 这样可以避免频繁扩容

intern() 的使用

intern() 方法的说明

public native String intern();
  1. intern是一个native方法,调用的是底层C的方法

  2. 字符串常量池池最初是空的,由String类私有地维护。在调用intern方法时,如果池中已经包含了由equals(object)方法确定的与该字符串内容相等的字符串,则返回池中的字符串地址。否则,该字符串对象将被添加到池中,并返回对该字符串对象的地址。(这是源码里的大概翻译)

  3. 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:intern方法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。比如:

    String myInfo = new string("I love atguigu").intern();
    
  4. 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"
    
  5. 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)

new String() 的说明

new String(“ab”)会创建几个对象?

/** * 题目: * new String("ab")会创建几个对象?看字节码,就知道是两个。 *     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"。 字节码指令:ldc * */public class StringNewTest {    public static void main(String[] args) {        String str = new String("ab");    }}

字节码指令

0 new #2 <java/lang/String>3 dup4 ldc #3 <ab>6 invokespecial #4 <java/lang/String.<init>>9 astore_110 return

0 new #2 <java/lang/String>:在堆中创建了一个 String 对象

4 ldc #3 <ab> :在字符串常量池中放入 “ab”(如果之前字符串常量池中没有 “ab” 的话)

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

代码

/** * 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" * */public class StringNewTest {    public static void main(String[] args) {        String str = new String("a") + new String("b");    }}

字节码指令

0 new #2 <java/lang/StringBuilder>3 dup4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init>>7 new #4 <java/lang/String>10 dup11 ldc #5 <a>13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>19 new #4 <java/lang/String>22 dup23 ldc #8 <b>25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>34 astore_135 return

答案是4个或5个或6个

字节码指令分析:

  1. 0 new #2 <java/lang/StringBuilder> :拼接字符串会创建一个 StringBuilder 对象
  2. 7 new #4 <java/lang/String> :创建 String 对象,对应于 new String(“a”)
  3. 11 ldc #5 <a> :在字符串常量池中放入 “a”(如果之前字符串常量池中没有 “a” 的话)
  4. 19 new #4 <java/lang/String> :创建 String 对象,对应于 new String(“b”)
  5. 23 ldc #8 <b> :在字符串常量池中放入 “b”(如果之前字符串常量池中没有 “b” 的话)
  6. 31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString> :调用 StringBuilder 的 toString() 方法,会生成一个 String 对象

有点难的面试题

有点难的面试题

** * 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(); * */public class 	StringIntern {    public static void main(String[] args) {        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                /*         1、s3变量记录的地址为:new String("11")         2、经过上面的分析,我们已经知道执行完pos_1的代码,在堆中有了一个new String("11")         这样的String对象。但是在字符串常量池中没有"11"         3、接着执行s3.intern(),在字符串常量池中生成"11"           3-1、在JDK6的版本中,字符串常量池还在永久代,所以直接在永久代生成"11",也就有了新的地址           3-2、而在JDK7的后续版本中,字符串常量池被移动到了堆中,此时堆里已经有new String("11")了           出于节省空间的目的,直接将堆中的那个字符串的引用地址储存在字符串常量池中。没错,字符串常量池           中存的是new String("11")在堆中的地址         4、所以在JDK7后续版本中,s3和s4指向的完全是同一个地址。         */        String s3 = new String("1") + new String("1");//pos_1	    s3.intern();                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    }}

解释的已经比较清楚了,下面看一下内存图

内存分析

JDK6 :正常眼光判断即可

  • new String() 即在堆中
  • str.intern() 则把字符串放入常量池中

JDK7及后续版本,注意大坑

面试题的拓展

/** * StringIntern.java中练习的拓展: * */public class StringIntern1 {    public static void main(String[] args) {        //执行完下一行代码以后,字符串常量池中,是否存在"11"呢?答案:不存在!!        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")        //在字符串常量池中生成对象"11",代码顺序换一下,实打实的在字符串常量池里有一个"11"对象        String s4 = "11";          String s5 = s3.intern();        // s3 是堆中的 "ab" ,s4 是字符串常量池中的 "ab"        System.out.println(s3 == s4);//false        // s5 是从字符串常量池中取回来的引用,当然和 s4 相等        System.out.println(s5 == s4);//true    }}

intern() 方法的练习

练习 1

public class StringExer1 {    public static void main(String[] args) {        String x = "ab";        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"		/*		1、jdk6中:在字符串常量池(此时在永久代)中创建一个字符串"ab"        2、jdk8中:字符串常量池(此时在堆中)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        3、详解看上面		*/        String s2 = s.intern();        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true    }}

JDK6

image-20201116113423492

JDK7/8

练习2

public class StringExer1 {    public static void main(String[] args) {        //加一行这个        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:true    }}

练习3

public class StringExer2 {    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"        s1.intern();        String s2 = "ab";        System.out.println(s1 == s2);//false    }}

验证

public class StringExer2 {    // 对象内存地址可以使用System.identityHashCode(object)方法获取    public static void main(String[] args) {        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"        System.out.println(System.identityHashCode(s1));        s1.intern();        System.out.println(System.identityHashCode(s1));        String s2 = "ab";        System.out.println(System.identityHashCode(s2));        System.out.println(s1 == s2); // true    }}

输出结果:

183601924018360192401836019240true

intern() 的效率测试(空间角度)

/** * 使用intern()测试执行效率:空间使用上 * * 结论:对于程序中大量存在存在的字符串,尤其其中存在很多重复字符串时,使用intern()可以节省内存空间。 * */public class StringIntern2 {    static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;    static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];    public static void main(String[] args) {        Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};        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(1000000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.gc();    }}

1、直接 new String :由于每个 String 对象都是 new 出来的,所以程序需要维护大量存放在堆空间中的 String 实例,程序内存占用也会变高

arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));

2、使用 intern() 方法:由于数组中字符串的引用都指向字符串常量池中的字符串,所以程序需要维护的 String 对象更少,内存占用也更低

//调用了intern()方法使用了字符串常量池里的字符串,那么前面堆里的字符串便会被GC掉,这也是intern省内存的关键原因arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();

结论

  1. 对于程序中大量使用存在的字符串时,尤其存在很多已经重复的字符串时,使用intern()方法能够节省很大的内存空间。
  2. 大的网站平台,需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站,很多人都存储:北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用intern() 方法,就会很明显降低内存的大小。

StringTable 的垃圾回收

/** * String的垃圾回收: * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails */public class StringGCTest {    public static void main(String[] args) {        for (int j = 0; j < 100000; j++) {            String.valueOf(j).intern();        }    }}

输出结果:

  • 在 PSYoungGen 区发生了垃圾回收
  • Number of entries 和 Number of literals 明显没有 100000
  • 以上两点均说明 StringTable 区发生了垃圾回收

G1 中的 String 去重操作

官方文档http://openjdk.java.net/jeps/192

暂时了解一下,后面会详解垃圾回收器

String去重操作的背景

注意不是字符串常量池的去重操作,字符串常量池本身就没有重复的

  1. 背景:对许多Java应用(有大的也有小的)做的测试得出以下结果:
    • 堆存活数据集合里面String对象占了25%
    • 堆存活数据集合里面重复的String对象有13.5%
    • String对象的平均长度是45
  2. 许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存,测试表明,在这些类型的应用里面,Java堆中存活的数据集合差不多25%是String对象。更进一步,这里面差不多一半String对象是重复的,重复的意思是说:str1.equals(str2)= true。堆上存在重复的String对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的String对象进行去重,这样就能避免浪费内存。

String 去重的的实现

  1. 当垃圾收集器工作的时候,会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的String对象。
  2. 如果是,把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行,处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素,然后尝试去重它引用的String对象。
  3. 使用一个Hashtable来记录所有的被String对象使用的不重复的char数组。当去重的时候,会查这个Hashtable,来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
  4. 如果存在,String对象会被调整引用那个数组,释放对原来的数组的引用,最终会被垃圾收集器回收掉。
  5. 如果查找失败,char数组会被插入到Hashtable,这样以后的时候就可以共享这个数组了。

命令行选项

  1. UseStringDeduplication(bool) :开启String去重,默认是不开启的,需要手动开启。
  2. PrintStringDeduplicationStatistics(bool) :打印详细的去重统计信息
  3. stringDeduplicationAgeThreshold(uintx) :达到这个年龄的String对象被认为是去重的候选对象
# Java 

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