字符串常量池

一、字符串的基本特性

  • String:字符串,使用一对””来表示。

    1
    2
    String sl = "hello"//字面量的定义方式 在字符串常量池中
    String s2 = new String"hello"); 调用构造方法
  • String声明为final的, 不可被继承

  • String 实现的接口

    1
    2
    3
    4
    public final class String implements java.io.Serializable,Comparable<String>,CharSequence {
    @Stable
    private final byte[] value;
    }
    • 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。
    • 实现了CharSequence接口: 只读访问
  • 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。
  • ==字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的。==

    • 字符串常量池是一个固定大小的Hashtable,如果放进StringPool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。
    • 使用一XX: StringTableSize可设置StringTable的长度
    • 在jdk6中StringTable是固定的,就是1009的长度,对StringTableSize的大小设 置没有要求
    • 在jdk7中,StringTable的长度默认值是60013
    • jdk8开始,1009是StringTable长度可设置的最小值

二、字符串的内存分配

  • 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。
      • 比如: String info = “abc” ;
    • 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元空间,字符串常量在堆

StringTable为什么要调整
①永久代permSize默认比较小;
②永久代的垃圾回收频率低;

三、字符串的基本操作

image-20210702153353091

注释为当前字符串常量池中的字符串个数

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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
}

image-20210702153923981

四、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.==拼接符号两端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。
    JDK1.7之后,如果堆中有该字符串,则为了节约内存,字符串常量池中会创建一个指向堆中该字符串对象引用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
 @Test
public void test1(){
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
}

@Test
public void test2(){
String s1="javaEE";
String s2="hadoop";

String s3="javaEE hadoop";
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:javaEE hadoop
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javaEE hadoop值,如果存在,则返回常量池中javaEE hadoop的地址;
//如果字符串常量池中不存在javaEE hadoop,则在常量池中加载一份javaEE hadoop,并返回次对象的地址。
String s8=s6.intern();
System.out.println(s3==s8);//true
}

字符串拼接

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
@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")

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
}

/*
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
}

//练习:
@Test
public void test5(){
String s1 = "javaEE hadoop";
String s2 = "javaEE";
String s3 = s2 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s3);//false

final String s4 = "javaEE";//s4:常量
String s5 = s4 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s5);//true

}

image-20210702174050699

拼接操作与append的效率对比

append效率要比字符串拼接高很多

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
/*
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]
*/
@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);
}

五、intern()的使用

  • 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 u”).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)。

new String(“ab”)会创建几个对象

1
2
3
4
5
6
7
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
// String str = new String("ab");

String str = new String("a") + new String("b");
}
}
  • 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

    • 字节码

      image-20210702164214084

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”

关于String.intern()的面试题

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
public class StringIntern {
public static void main(String[] args) {
String s = new String("1"); //s 指向堆空间"1"的内存地址
String s1 = s.intern();//调用此方法之前,字符串常量池中已经存在了"1" 此时s1指向字符串常量池中"1"的内存地址
String s2 = "1";

//s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址 所以 s1==s2
System.out.println(s == s2);//jdk6:false jdk7/8:false
System.out.println(s1 == s2);//jdk6: true jdk7/8:true
System.out.println(System.identityHashCode(s));//491044090
System.out.println(System.identityHashCode(s1));//644117698
System.out.println(System.identityHashCode(s2));//644117698

//s3变量记录的地址为:new String("11")
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!!

//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:此时常量池中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
s3.intern();
//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
String s4 = "11";
System.out.println(s3 == s4);//jdk6:false jdk7/8:true
}

}

六、字符串 常量池的垃圾回收

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
/**
* 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 < 100; j++) {
// String.valueOf(j).intern();
// }
//发生垃圾回收行为
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
String.valueOf(j).intern();
}
}
}

image-20210702171046766

七、G1中的字符串去重操作

  • 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
  • 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。更进一一步,这里面差不多一半String对象是重复的,重复的意思是说: string1. equals
    (string2)==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。

实现

  • ➢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。
  • ➢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。
  • ➢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。
  • ➢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。
  • ➢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

  • ➢UseStringDeduplication (bool) :开启String去重,默认是不开启的,需要手动开启。
  • ➢PrintStringDedupl icationStatistics (bool) :打印详细的去重统计信息,
  • ➢StringDedupl icationAgeThreshold (uintx) :达到这个年龄的string对象被认.为是去重的候选对象