JVM系列之:String.intern和stringTable

简介

StringTable是什么?它和String.intern有什么关系呢?在字符串对象的创建过程中,StringTable有起到了什么作用呢?

一切的答案都在本文中,快来看看吧。

intern简介

intern是String类中的一个native方法,所以它底层是用c++来实现的。感兴趣的同学可以去查看下JVM的源码了解更多的内容。

这里我们主要谈一下intern的作用。

intern返回的是这个String所代表的对象,怎么理解呢?

String class维护了一个私有的String pool, 这个String pool也叫StringTable,中文名字叫做字符串常量池。

当我们调用intern方法的时候,如果这个StringTable中已经包含了一个相同的String对象(根据equals(Object)方法来判断两个String对象是否相等),那么将会直接返回保存在这个StringTable中的String。

如果StringTable中没有相同的对象,那么这个String对象将会被加入StringTable,并返回这个String对象的引用。

所以,当且仅当 s.equals(t) 的时候s.intern() == t.intern()。

intern和字符串字面量常量

我们知道在类文件被编译成class文件时,每个class文件都有一个常量池,常量池中存了些什么东西呢?

字符串常量,类和接口名字,字段名,和其他一些在class中引用的常量。

看一个非常简单的java类:

public class SimpleString {
    public String site="www.flydean.com";
}

然后看一下编译出来的class文件中的Constant Pool:

Constant pool:
   #1 = Methodref          #2.#3          // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #4             // java/lang/Object
   #3 = NameAndType        #5:#6          // "<init>":()V
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               <init>
   #6 = Utf8               ()V
   #7 = String             #8             // www.flydean.com
   #8 = Utf8               www.flydean.com
   #9 = Fieldref           #10.#11        // com/flydean/SimpleString.site:Ljava/lang/String;
  #10 = Class              #12            // com/flydean/SimpleString
  #11 = NameAndType        #13:#14        // site:Ljava/lang/String;
  #12 = Utf8               com/flydean/SimpleString
  #13 = Utf8               site
  #14 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #15 = Utf8               Code
  #16 = Utf8               LineNumberTable
  #17 = Utf8               LocalVariableTable
  #18 = Utf8               this
  #19 = Utf8               Lcom/flydean/SimpleString;
  #20 = Utf8               SourceFile
  #21 = Utf8               SimpleString.java

上面的结果,我们可以看到class常量池中的index 7存放了一个字符串,这个字符串的实际内容存放在index 8中,是一个变种的Utf8的编码。

   #7 = String             #8             // www.flydean.com
   #8 = Utf8               www.flydean.com

好了,现在问题来了,class文件中的常量池在运行时需要转换成为JVM能够识别的运行时常量池,这个运行时的常量池和StringTable和intern有什么关系呢?

在java对象的实例化过程中,所有的字符串字面量都会在实例化的时候自动调用intern方法。

如果是第一次调用,则会创建新的String对象,存放在String Table中,并返回该String对象的引用。

分析intern返回的String对象

从上面的图中,我们也可以出来String Table中存储的是一个String对象,它和普通的String对象没有什么区别,也分为对象头,底层的byte数组引用,int hash值等。

如果你不相信,可以使用JOL来进行分析:

log.info("{}", ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".intern()).toPrintable());

看下输出结果:

INFO com.flydean.StringInternJOL - java.lang.String object internals:
 OFFSET  SIZE      TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4           (object header)                           05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
      4     4           (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4           (object header)                           77 1a 06 00 (01110111 00011010 00000110 00000000) (399991)
     12     4    byte[] String.value                              [119, 119, 119, 46, 102, 108, 121, 100, 101, 97, 110, 46, 99, 111, 109]
     16     4       int String.hash                               0
     20     1      byte String.coder                              0
     21     1   boolean String.hashIsZero                         false
     22     2           (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total

分析实际的问题

有了上面的知识,让我们分析一下下面的实际问题吧:

        String a =new String(new char[]{'a','b','c'});
        String b = a.intern();
        System.out.println(a == b);

        String x =new String("def");
        String y = x.intern();
        System.out.println(x == y);

两个很简单的例子,答案是什么呢? 答案是true和false。

第一个例子按照上面的原理很好理解,在构建String a的时候,String table中并没有”abc“这个字符串实例。所以intern方法会将该对象添加到String table中,并返回该对象的引用。

所以a和b其实是一个对象,返回true。

那么第二个例子呢?初始化String的时候,不是也没有”def“这个字符串吗?为什么回返回false呢?

还记得我们上面一个小节分析的吗?所有的字符串字面量在初始化的时候会默认调用intern方法。

也就是说”def“在初始化的时候,已经调用了一次intern了,这个时候String table中已经有”def“这个String了。

所以x和y是两个不同的对象,返回的是false。

注意,上面的例子是在JDK7+之后运行的,如果你是在JDK6中运行,那么得到的结果都是false。

JDK6和JDK7有什么不同呢?

在JDK6中,StringTable是存放在方法区中的,而方法区是放在永久代中的。每次调用intern方法,如果String Table中不存在该String对象,则会将该String对象进行一次拷贝,并返回拷贝后String对象的引用。

因为做了一次拷贝,所以引用的不是同一个对象了。结果为false。

在JDK7之后,StringTable已经被转移到了java Heap中了,调用intern方法的时候,StringTable可以直接将该String对象加入StringTable,从而指向的是同一个对象。

G1中的去重功能

如果频繁的进行String的复制,实际上是非常消耗内存空间的。所以在G1垃圾回收器中,可以使用下面的:

-XX:+UseStringDeduplication

来开启String的去重功能。

我们还记得String对象的底层结构吧,就是一个byte[]数组,String去重的原理就是让多个字符串对象底层的byte数组指向同一个地方。从而节省内存。

我们可以通过使用:

-XX:+PrintStringTableStatistics

参数来查看StringTable的大小。并通过:

-XX:StringTableSizen=n

来指定StringTable的大小。

总结

本文讲了String.intern和String table的关系,如果有什么错误或者遗漏的地方,欢迎大家留言给我!

本文作者:flydean程序那些事

本文链接:http://www.flydean.com/jvm-string-intern/

本文来源:flydean的博客

欢迎关注我的公众号:程序那些事,更多精彩等着您!

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