前言
前陣子和朋友討論一個問題:
字符串常量歸常量池管理,那比如 String str = "abc";
"abc"這個對象是放在內存中的哪個位置,是字符串常量池中還是堆?
”這句代碼的abc當然在常量池中,只有new String("abc")這個對象纔在堆中創建“,他們大概是這麼回答。
“abc”這個東西,是放在常量池中,這個答案是錯誤的。
字符串“abc"的本體、實例,應該是存在於Java堆中。
可能還真的有部分同學對這個知識點不熟悉,今天和大家聊聊字符串這個問題 ~
初學Java時,學到字符串這一部分,有一段代碼
String str1 = "hello";
String str2 = new String("hello");
書上的解釋是:執行第一行的時候,已經把"hello"字符串放到了常量池中,執行第二行代碼時,會將常量池中已經存在的"hello"複製一份到堆內存中,創建一個的新的String對象。雖然值一樣,但他們是不同的對象。
當時看完這個解釋,我產生了很多疑惑。因爲在此之前已經知道字符串的底層是char數組實現的。我很疑惑:
- 他copy一份過去,是copy了char數組呢?
- 還是copy整個String對象?
- "hello" 這個對象實例真的存放在常量池中嗎?
當時在網上搜了一些文章和答案,各有說辭,大部分回答都是 "str" 這個對象在常量池中,但也有認爲字符串常量實例(或叫對象)是在堆中創建,只是將其引用放到字符串常量池中,交給常量池管理。
JAVA內存區域 — 運行時數據區
理清這個問題前,需要梳理一下前置知識。
從一個經典的示意圖講起,以hotspot虛擬機爲例,此內存模型需建立在JDK1.7之前的版本來討論,JDK1.7之後有所改變,但是原理還是一樣的。
Java虛擬機管理的內存是運行時數據區那一部分,簡單概括一下其中各個區域的區別:
- 虛擬機棧:線程私有,生命週期與線程相同,即每條線程都一個獨立的棧(VM Stack)。每個方法執行時都會創建一個棧幀,也就是說,當有一條線程執行了多個方法時,就會有一個棧,棧中有多個棧幀。
- 本地方法棧:線程私有
- 程序計數器:線程私有
- 堆Heap:線程共享,是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊,在虛擬機啓動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例,幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存。在Java虛擬機規範中的描述是:所有的對象實例以及數組都要在堆上分配。 (原文:The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated) 但有特殊情況,隨着JIT編譯器的發展,逃逸分析和標量替換技術的逐漸成熟,對象也可以在棧上分配。另外,雖說堆是線程共享,但其中也可以劃分出多個線程私有的分配緩衝區(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。
- 方法區:線程共享,它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。
JAVA的三種常量池
此外,Java有三種常量池,即字符串常量池(又叫全局字符串池)、class文件常量池、運行時常量池。
(圖一)
1. 字符串常量池(也叫全局字符串池、string pool、string literal pool)
字符串常量池在每個VM中只有一份,他在內存中的位置如圖,紅色箭頭所指向的區域 Interned Strings
2. 運行時常量池(runtime constant pool)
當程序運行到某個類時,class文件中的信息就會被解析到內存的方法區裏的運行時常量池中。看圖可清晰感知到每一個類被加載進來都會產生一個運行時常量池,由此可知,每個類都有一個運行時常量池。它在內存中的位置如圖,藍色箭頭所指向的區域,方法區中的Class Date中的運行時常量池(Run-Time Constant Pool)
(圖二)
3. class文件常量池(class constant pool)
class常量池是在編譯後每個class文件都有的,class文件中除了包含類的版本、字段、方法、接口等描述信息外,還有一項信息就是 常量池(constant pool table),用於存放編譯器生成的各種字面量(Literal)和符號引用(Symbolic References)。字面量就是我們所說的常量概念,如文本字符串、被聲明爲final的常量值等。他在class文件中的位置如上圖所示,Constant Pool 中。
個人理解
public static void main(String[] args) {
String str = "hello";
}
回到一開始說到的這句代碼,可以來總結一下它的執行過程了。
- 首先,字面量 "hello" 在編譯期,就會被記錄在 class文件的 class常量池中。
- 而當 class文件被加載到內存中後,JVM就會將 class常量池中的大部分內容存放到運行時常量池中,但是字符串 "hello" 的本體(對象)和其他所有對象一樣,是會在堆中創建,再將引用放到字符串常量池,也就是圖一的 Interned Strings的位置。(RednaxelaFX 的文章裏,測試結果是在新生代的Eden區。但因爲一直有一個引用駐留在字符串常量池,所以不會被GC清理掉)
- 而到了String str = "hello" 這步,JVM會去字符串常量池中找,如果找到了,JVM會在棧中的局部變量表裏創建str變量,然後把字符串常量池中的(hello 對象的)引用複製給 str 變量。
在《深入理解Java虛擬機》這本書中也有字符串相關的解釋,舉其中幾個例子:
例子1
(原文)運行時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外,還有一項信息是常量池(Constant Pool Table),用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用,這部分內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池中存放。
最後一句描述不太準確,編譯期生成的各種字面量並不是全部進入方法區的運行時常量池中。字符串字面量就不進入運行時常量池,而是在堆中創建了對象,再將引用駐留到字符串常量池中。
例子2
代碼清單2-7 String.intern()返回引用的測試
public class RuntimeConstantPoolOOM{
public static void main(String[]args){
String str1=new StringBuilder("計算機").append("軟件").toString();
System.out.println(str1.intern()==str1);
String str2=new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str2.intern()==str2);
}
}
(原文)這段代碼在JDK 1.6中運行,會得到兩個false,而在JDK 1.7中運行,會得到一個true和一個false。產生差異的原因是:在JDK 1.6中,intern()方法會把首次遇到的字符串實例複製到永久代中,返回的也是永久代中這個字符串實例的引用,而由StringBuilder創建的字符串實例在Java堆上,所以必然不是同一個引用,將返回false。而JDK 1.7(以及部分其他虛擬機,例如JRockit)的intern()實現不會再複製實例,只是在常量池中記錄首次出現的實例引用,因此intern()返回的引用和由StringBuilder創建的那個字符串實例是同一個。對str2比較返回false是因爲 “java” 這個字符串在執行StringBuilder.toString()之前已經出現過,字符串常量池中已經有它的引用了,不符合“首次出現”的原則,而“計算機軟件”這個字符串則是首次出現的,因此返回true。
原文解釋也不太準確,我覺得在 JDK 1.6中,intern()並不會把首次遇到的字符串實例複製到永久代中,而是會將實例再複製一份到堆(heap)中,然後將其引用放入字符串常量池中進行管理,所以此代碼返回false。而JDK1.7中的intern()不會再複製實例,直接將首次遇到的此字符串實例的引用,放入字符串常量池,於是返回true。關於此觀點,還沒看到大神文章實錘,歡迎討論。
最後再延伸一點,大家都知道,字符串的value是final修飾的char數組,那麼以下這段代碼:
// private final char value[];
String str1 = "hello world";
String str2 = new String("hello world");
String str3 = new String("hello world");
str1、str2、str3 三個變量所指向的都是不同的對象。(str1 != str2 != str3)
那麼,這三個對象裏的char數組是否是同一個數組?相信大家都有答案了。
此文所討論的Java內存模型是建立在JDK1.7之前。JDK 7開始 Hotspot 虛擬機把字符串常量池(Interned String位置)從永久代(PermGen)挪到Heap堆,JDK 8又徹底取消 PermGen,把諸如klass之類的元數據都挪到GC堆之外管理。但不管怎樣,基本原理還是不變的,字面量 ”hello“ 等依舊不是放在 Interned String 中。
推薦文章:
- 請別再拿 “String s = new String("xyz"); 創建了多少個String實例” 來面試了吧
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借HSDB來探索HotSpot VM的運行時數據
作者:RednaxelaFX,曾爲《深入理解Java虛擬機》提推薦語
- java用這樣的方式生成字符串:String str = "Hello",到底有沒有在堆中創建對象? - 胖君的回答 - 知乎
隆鵬
廣州蘆葦科技Java開發團隊
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