前不久，一個(gè)IBM面試題的帖子引發(fā)了很多關(guān)于創(chuàng)建String對象過程中的內(nèi)存分配的討論，既然大家對這個(gè)問題這么感興趣，那么這篇帖子就通過深入Java虛擬機(jī)(JVM)解讀其內(nèi)部指令流程，來分析創(chuàng)建String對象的幾種情況下的內(nèi)存分配過程。
先來了解一下JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存模型。
《深入Java虛擬機(jī)》書中是這樣描述的：JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存模型由五部分組成：
【1】方法區(qū)
【2】堆
【3】Java棧
【4】PC寄存器
【5】本地方法棧
對于String s = "hello" ,它的虛擬機(jī)指令：
- Java code
-
0: ldc #16; //string hello 2: astore_1 3: return
對于上面虛擬機(jī)指令，其各自的指令流程在《深入Java虛擬機(jī)》這樣描述到(結(jié)合上面實(shí)例)：
ldc指令格式：ldc,index
ldc指令過程：
要執(zhí)行l(wèi)dc指令，jvm首先查找index所指定的常量池入口，在index指向的常量池入口，jvm將會(huì)查找constant_integer_info，constant_float_info和constant_string_info入口。如果還沒有這些入口，jvm會(huì)解析它們。而對于上面的hahajvm會(huì)找到constant_string_info入口，同時(shí)，將把指向被拘留String對象（由解析該入口的進(jìn)程產(chǎn)生）的引用壓入操作數(shù)棧。
astore_1指令格式：astore_1
astore_1指令過程：
要執(zhí)行astore_1指令，jvm從操作數(shù)棧頂部彈出一個(gè)引用類型或者returnaddress類型值，然后將該值存入由索引1指定的局部變量中,即將引用類型或者returnaddress類型值存入局部變量1。
return 指令的過程：
從方法中返回，返回值為void。
談一下我個(gè)人理解：
從上面的ldc指令的執(zhí)行過程可以得出：s的值是來自被拘留string對象（由解析該入口的進(jìn)程產(chǎn)生）的引用，即可以理解為是從被拘留string對象的引用復(fù)制而來的，故我個(gè)人的理解是s的值是存在棧當(dāng)中。上面是對于s值得分析，接著是對于"hello"值的分析,我們知道，對于string s = "hello" 其中"hello"值在java程序編譯期就確定下來了的。簡單一點(diǎn)說，就是haha的值在程序編譯成class文件后，就在class文件中生成了（大家可以用ue編輯器或其它文本編輯工具在打開class文件后的字節(jié)碼文件中看到這個(gè)hello值）。執(zhí)行java程序的過程中，第一步是class文件生成，然后被jvm裝載到內(nèi)存執(zhí)行。那么jvm裝載這個(gè)class到內(nèi)存中，其中的hello這個(gè)值，在內(nèi)存中是怎么為其開辟空間并存儲(chǔ)在哪個(gè)區(qū)域中呢？
說到這里，我們不妨先來了解一下jvm常量池這個(gè)結(jié)構(gòu)，《深入Java虛擬機(jī)》書中有這樣的描述：
常量池
虛擬機(jī)必須為每個(gè)被裝載的類型維護(hù)一個(gè)常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個(gè)有序集和，包括直接常量（string,integer和floating point常量）和對其他類型，字段和方法的符號(hào)引用。對于string常量，它的值是在常量池中的。而jvm中的常量池在內(nèi)存當(dāng)中是以表的形式存在的，對于string類型，有一張固定長度的constant_string_info表用來存儲(chǔ)文字字符串值，注意：該表只存儲(chǔ)文字字符串值，不存儲(chǔ)符號(hào)引用。說到這里，對常量池中的字符串值的存儲(chǔ)位置應(yīng)該有一個(gè)比較明了的理解了。
在介紹完jvm常量池的概念后，接著談開始提到的"hello"的值的內(nèi)存分布的位置。對于haha的值，實(shí)際上是在class文件被jvm裝載到內(nèi)存當(dāng)中并被引擎在解析ldc指令并執(zhí)行l(wèi)dc指令之前，jvm就已經(jīng)為haha這個(gè)字符串在常量池的constant_string_info表中分配了空間來存儲(chǔ)hello這個(gè)值。既然hello這個(gè)字符串常量存儲(chǔ)在常量池中，根據(jù)《深入java虛擬機(jī)》書中描述：常量池是屬于類型信息的一部分，類型信息也就是每一個(gè)被轉(zhuǎn)載的類型，這個(gè)類型反映到j(luò)vm內(nèi)存模型中是對應(yīng)存在于jvm內(nèi)存模型的方法區(qū)中，也就是這個(gè)類型信息中的常量池概念是存在于在方法區(qū)中，而方法區(qū)是在jvm內(nèi)存模型中的堆中由jvm來分配的。所以，hello的值是應(yīng)該是存在堆空間中的。
而對于string s = new string("hello") ,它的jvm指令：
- Java code
-
0: new #16; //class string 3: dup 4: ldc #18; //string hello 6: invokespecial #20; //method java/lang/string."":(ljava/lang/string;)v 9: astore_1 10: return
對于上面虛擬機(jī)指令，其各自的指令流程在《深入java虛擬機(jī)》這樣描述到(結(jié)合上面實(shí)例)：
new指令格式：new indexbyte1,indexbyte2
new指令過程：
要執(zhí)行new指令，jvm通過計(jì)算(indextype1<<8)|indextype2生成一個(gè)指向常量池的無符號(hào)16位索引。然后jvm根據(jù)計(jì)算出的索引查找常量池入口。該索引所指向的常量池入口必須為constant_class_info。如果該入口尚不存在，那么jvm將解析這個(gè)常量池入口，該入口類型必須是類。jvm從堆中為新對象映像分配足夠大的空間，并將對象的實(shí)例變量設(shè)為默認(rèn)值。最后jvm將指向新對象的引用objectref壓入操作數(shù)棧。
dup指令格式：dup
dup指令過程：
要執(zhí)行dup指令，jvm復(fù)制了操作數(shù)棧頂部一個(gè)字長的內(nèi)容，然后再將復(fù)制內(nèi)容壓入棧。本指令能夠從操作數(shù)棧頂部復(fù)制任何單位字長的值。但絕對不要使用它來復(fù)制操作數(shù)棧頂部任何兩個(gè)字長(long型或double型)中的一個(gè)字長。上面例中，即復(fù)制引用objectref，這時(shí)在操作數(shù)棧存在2個(gè)引用。
ldc指令格式：ldc,index
ldc指令過程：
要執(zhí)行l(wèi)dc指令，jvm首先查找index所指定的常量池入口，在index指向的常量池入口，jvm將會(huì)查找constant_integer_info，constant_float_info和constant_string_info入口。如果還沒有這些入口，jvm會(huì)解析它們。而對于上面的haha,jvm會(huì)找到constant_string_info入口，同時(shí)，將把指向被拘留string對象（由解析該入口的進(jìn)程產(chǎn)生）的引用壓入操作數(shù)棧。
invokespecial指令格式：invokespecial,indextype1,indextype2
invokespecial指令過程：對于該類而言，該指令是用來進(jìn)行實(shí)例初始化方法的調(diào)用。鑒于該指令篇幅，具體可以查閱《深入java虛擬機(jī)》中描述。上面例子中，即通過其中一個(gè)引用調(diào)用string類的構(gòu)造器，初始化對象實(shí)例，讓另一個(gè)相同的引用指向這個(gè)被初始化的對象實(shí)例，然后前一個(gè)引用彈出操作數(shù)棧。
astore_1指令格式：astore_1
astore_1指令過程：
要執(zhí)行astore_1指令，jvm從操作數(shù)棧頂部彈出一個(gè)引用類型或者returnaddress類型值，然后將該值存入由索引1指定的局部變量中,即將引用類型或者returnaddress類型值存入局部變量1。
return 指令的過程:
從方法中返回，返回值為void。
要執(zhí)行astore_1指令，jvm從操作數(shù)棧頂部彈出一個(gè)引用類型或者returnaddress類型值，然后將該值存入由索引1指定的局部變量中,即將引用類型或者returnaddress類型值存入局部變量1。
通過上面6個(gè)指令，可以看出，string s = new string("hello");中的hello存儲(chǔ)在堆空間中，而s則是在操作數(shù)棧中。
上面是對s和haha值的內(nèi)存情況的分析和理解；那對于string s = new string("hello");語句,到底創(chuàng)建了幾個(gè)對象呢?
我的理解：這里"hello"本身就是常量池中的一個(gè)對象，而在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行new string()時(shí)，將常量池中的對象復(fù)制一份放到堆中，并且把堆中的這個(gè)對象的引用交給s持有。所以這條語句就創(chuàng)建了2個(gè)string對象。
下面是一些string相關(guān)的常見問題：String中的final用法和理解
final stringbuffer a = new stringbuffer("111");
final stringbuffer b = new stringbuffer("222");
a=b;//此句編譯不通過
final stringbuffer a = new stringbuffer("111");
a.append("222");//編譯通過
可見，final只對引用的"值"(即內(nèi)存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那個(gè)對象，改變它的指向會(huì)導(dǎo)致編譯期錯(cuò)誤。至于它所指向的對象的變化，final是不負(fù)責(zé)的。
String 常量池問題的幾個(gè)例子下面是幾個(gè)常見例子的比較分析和理解：
【1】
- Java code
-
String a = "a1"; String b = "a" + 1; System.out.println((a == b)); //result = true String a = "atrue"; String b = "a" + "true"; System.out.println((a == b)); //result = true String a = "a3.4"; String b = "a" + 3.4; System.out.println((a == b)); //result = true
分析：jvm對于字符串常量的"+"號(hào)連接，將程序編譯期，jvm就將常量字符串的"+"連接優(yōu)化為連接后的值，拿"a" + 1來說，經(jīng)編譯器優(yōu)化后在class中就已經(jīng)是a1。在編譯期其字符串常量的值就確定下來，故上面程序最終的結(jié)果都為true。
【2】
- Java code
-
String a = "ab"; String bb = "b"; String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = false
分析：jvm對于字符串引用，由于在字符串的"+"連接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序編譯期是無法確定的，即"a" + bb無法被編譯器優(yōu)化，只有在程序運(yùn)行期來動(dòng)態(tài)分配并將連接后的新地址賦給b。所以上面程序的結(jié)果也就為false。
【3】
- Java code
-
String a = "ab"; final String bb = "b"; String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = true
分析：和[3]中唯一不同的是bb字符串加了final修飾，對于final修飾的變量，它在編譯時(shí)被解析為常量值的一個(gè)本地拷貝存儲(chǔ)到自己的常量池中或嵌入到它的字節(jié)碼流中。所以此時(shí)的"a" + bb和"a" + "b"效果是一樣的。故上面程序的結(jié)果為true。
【4】
- Java code
-
String a = "ab"; final String bb = getbb(); String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = false private static string getbb() { return "b"; }
分析：jvm對于字符串引用bb，它的值在編譯期無法確定，只有在程序運(yùn)行期調(diào)用方法后，將方法的返回值和"a"來動(dòng)態(tài)連接并分配地址為b，故上面程序的結(jié)果為false。
通過上面4個(gè)例子可以得出得知：
string s = "a" + "b" + "c";
就等價(jià)于string s = "abc";
string a = "a";
string b = "b";
string c = "c";
string s = a + b + c;
這個(gè)就不一樣了，最終結(jié)果等于：
stringbuffer temp = new stringbuffer();
temp.append(a).append(b).append(c);
string s = temp.tostring();
由上面的分析結(jié)果，可就不難推斷出string 采用連接運(yùn)算符（+）效率低下原因分析，形如這樣的代碼：
- Java code
-
public class test { public static void main (String args[]) { String s = null; for (int i = 0; i < 100; i++) { s += "a"; } } }
每做一次 + 就產(chǎn)生個(gè)stringbuilder對象，然后append后就扔掉。下次循環(huán)再到達(dá)時(shí)重新產(chǎn)生個(gè)stringbuilder對象，然后 append 字符串，如此循環(huán)直至結(jié)束。 如果我們直接采用 stringbuilder 對象進(jìn)行 append 的話，我們可以節(jié)省 n - 1 次創(chuàng)建和銷毀對象的時(shí)間。所以對于在循環(huán)中要進(jìn)行字符串連接的應(yīng)用，一般都是用stringbuffer或stringbulider對象來進(jìn)行append操作。
string對象的intern方法理解和分析：
- Java code
-
public class test4 { private static String a = "ab"; public static void main (String[] args){ String s1 = "a"; String s2 = "b"; String s = s1 + s2; System.out.println(s == a);//false System.out.println(s.intern() == a);//true } }
這里用到j(luò)ava里面是一個(gè)常量池的問題。對于s1+s2操作，其實(shí)是在堆里面重新創(chuàng)建了一個(gè)新的對象,s保存的是這個(gè)新對象在堆空間的的內(nèi)容，所以s與a的值是不相等的。而當(dāng)調(diào)用s.intern()方法，卻可以返回s在常量池中的地址值，因?yàn)閍的值存儲(chǔ)在常量池中，故s.intern和a的值相等。