Java中的字符串常量池与Java中的堆和栈的区别

朱雀 2021-09-14 09:42 277阅读 0赞

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最近做到一个题目：

问题：String str = new String(“abc”)，“abc”在内存中是怎么分配的？    答案是：堆，字符串常量区。

题目考查的为Java中的字符串常量池和JVM运行时数据区的相关概念。"abc"为字面量对象，其存储在堆内存中。而字符串常量池则存储的是字符串对象的一个引用。

Java中的字符串常量池

Java中字符串对象创建有两种形式，一种为字面量形式，如`String str = "droid";`，另一种就是使用new这种标准的构造对象的方法，如`String str = new String("droid");`，这两种方式我们在代码编写时都经常使用，尤其是字面量的方式。然而这两种实现其实存在着一些性能和内存占用的差别。这一切都是源于JVM为了减少字符串对象的重复创建，其维护了一个特殊的内存，这段内存被成为字符串常量池或者字符串字面量池。

## 工作原理 ##

当代码中出现字面量形式创建字符串对象时，JVM首先会对这个字面量进行检查，如果字符串常量池中存在相同内容的字符串对象的引用，则将这个引用返回，否则新的字符串对象被创建，然后将这个引用放入字符串常量池，并返回该引用。

## 举例说明 ##

### 字面量创建形式 ###

String str1="droid";

JVM检测这个字面量，这里我们认为没有内容为`droid`的对象存在。JVM通过字符串常量池查找不到内容为`droid`的字符串对象存在，那么会创建这个字符串对象，然后将刚创建的对象的引用放入到字符串常量池中,并且将引用返回给变量str1。

如果接下来有这样一段代码:

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  String str2="droid";

同样JVM还是要检测这个字面量，JVM通过查找字符串常量池，发现内容为”droid”字符串对象存在，于是将已经存在的字符串对象的引用返回给变量str2。注意这里不会重新创建新的字符串对象。

验证是否为str1和str2是否指向同一对象，我们可以通过这段代码

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  System.out.println(str1==str2);

输出：True.

### 使用new创建 ###

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  String str3=**new** String("droid");

当我们使用了new来构造字符串对象的时候，不管字符串常量池中有没有相同内容的对象的引用，新的字符串对象都会创建。因此我们使用下面代码测试一下，

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  System.out.println(str1==str3);

结果返回：False  表明这两个变量指向的为不同的对象.

### intern ###

对于上面使用new创建的字符串对象，如果想将这个对象的引用加入到字符串常量池，可以使用intern方法。
    调用intern后，首先检查字符串常量池中是否有该对象的引用，如果存在，则将这个引用返回给变量，否则将引用加入并返回给变量。

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  String str4=str3.intern();  
2.  System.out.println(str4==str1);

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  输出结果为True。

## 疑难问题 ##

### 前提条件？ ###

字符串常量池实现的前提条件就是Java中String对象是不可变的，这样可以安全保证多个变量共享同一个对象。如果Java中的String对象可变的话，一个引用操作改变了对象的值，那么其他的变量也会受到影响，显然这样是不合理的。

### 引用 or 对象 ###

字符串常量池中存放的是引用还是对象，这个问题是最常见的。字符串常量池存放的是对象引用，不是对象。在Java中，对象都创建在堆内存中。

关于验证请 [参考原文][Link 1] 。

### 优缺点 ###

字符串常量池的好处就是减少相同内容字符串的创建，节省内存空间。

如果硬要说弊端的话，就是牺牲了CPU计算时间来换空间。CPU计算时间主要用于在字符串常量池中查找是否有内容相同对象的引用。不过其内部实现为HashTable，所以计算成本较低。

### GC回收？ ###

因为字符串常量池中持有了共享的字符串对象的引用，这就是说是不是会导致这些对象无法回收？

首先问题中共享的对象一般情况下都比较小。据我查证了解，在早期的版本中确实存在这样的问题，但是随着[弱引用][Link 2]的引入，目前这个问题应该没有了。

关于这个问题，可以具体了解这片文章[interned Strings : Java Glossary][interned Strings _ Java Glossary]

### intern使用？ ###

关于使用intern的前提就是你清楚自己确实需要使用。比如，我们这里有一份上百万的记录，其中记录的某个值多次为美国加利福尼亚州，我们不想创建上百万条这样的字符串对象，我们可以使用intern只在内存中保留一份即可。关于intern更深入的了解请参考[深入解析String\#intern][String_intern]。

### 总有例外？ ###

你知道下面的代码，会创建几个字符串对象，在字符串常量池中保存几个引用么？

String test = "a" + "b" + "c";

答案是只创建了一个对象，在常量池中也只保存一个引用。我们使用javap反编译看一下即可得知。

\[java\]  [view plain][]  [copy][view plain]

1.  17:02 $ javap -c TestInternedPoolGC  
2.  Compiled from "TestInternedPoolGC.java"  
3.  **public** **class** TestInternedPoolGC **extends** java.lang.Object\{  
4.  **public** TestInternedPoolGC();  
5.    Code:  
6.     0:  aload\_0  
7.     1:  invokespecial    \#1; //Method java/lang/Object."<init>":()V  
8.     4:  **return**  
9.    
10. **public** **static** **void** main(java.lang.String\[\])   **throws** java.lang.Exception;  
11.   Code:  
12.    0:  ldc  \#2; //String abc  
13.    2:  astore\_1  
14.    3:  **return**

看到了么，实际上在编译期间，已经将这三个字面量合成了一个。这样做实际上是一种优化，避免了创建多余的字符串对象，也没有发生字符串拼接问题。关于字符串拼接，可以查看[Java细节：字符串的拼接][Java]。

# Java中的堆和栈的区别 #

当一个人开始学习Java或者其他编程语言的时候，会接触到堆和栈，由于一开始没有明确清晰的说明解释，很多人会产生很多疑问，什么是堆，什么是栈，堆和栈有什么区别？更糟糕的是，Java中存在栈这样一个后进先出（Last In First Out）的顺序的数据结构，这就是java.util.Stack。这种情况下，不免让很多人更加费解前面的问题。事实上，堆和栈都是内存中的一部分，有着不同的作用，而且一个程序需要在这片区域上分配内存。众所周知，所有的Java程序都运行在JVM虚拟机内部，我们这里介绍的自然是JVM（虚拟）内存中的堆和栈。

## 区别 ##

java中堆和栈的区别自然是面试中的常见问题，下面几点就是其具体的区别

### 各司其职 ###

最主要的区别就是栈内存用来存储局部变量和方法调用。  
而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。

### 独有还是共享 ###

栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存。  
而堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。

### 异常错误 ###

如果栈内存没有可用的空间存储方法调用和局部变量，JVM会抛出java.lang.StackOverFlowError。  
而如果是堆内存没有可用的空间存储生成的对象，JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError。

### 空间大小 ###

栈的内存要远远小于堆内存，如果你使用递归的话，那么你的栈很快就会充满。如果递归没有及时跳出，很可能发生StackOverFlowError问题。  
你可以通过-Xss选项设置栈内存的大小。-Xms选项可以设置堆的开始时的大小，-Xmx选项可以设置堆的最大值。

这就是Java中堆和栈的区别。理解好这个问题的话，可以对你解决开发中的问题，分析堆内存和栈内存使用，甚至性能调优都有帮助。

#### 译文信息 ####

原汁原味的英文原文：[http://javarevisited.blogspot.com.au/2013/01/difference-between-stack-and-heap-java.html][http_javarevisited.blogspot.com.au_2013_01_difference-between-stack-and-heap-java.html].

字符串常量池：JVM为了减少字符串对象的重复创建，其维护了一个特殊的内存，这段内存被称为字符串常量池或者字符串字面量池。

工作原理：当代码中出现字面量形式创建字符串对象时，JVM首先会对这个字面量进行检查，如果字符串常量池中存在相同内容的字符串对象的引用，则将这个引用返回，否则新的字符串对象被创建，然后将这个引用放入字符串常量池，并返回该引用。

实现前提：字符串常量池实现的前提条件就是Java中String对象是不可变的，这样可以安全保证多个变量共享同一个对象。如果Java中的String对象可变的话，一个引用操作改变了对象的值，那么其他的变量也会受到影响，显然这样是不合理的。

堆和栈： Java中所有由类实例化的对象和数组都存放在堆内存中，无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。而栈内存用来存储局部变量和方法调用。

寄存器： Java中运行时数据区有一个程序寄存器（又称程序计数器），该寄存器为线程私有。Java中的程序计数器用来记录当前线程中正在执行的指令。如果当前正在执行的方法是本地方法，那么此刻程序计数器的值为undefined

[http_droidyue.com_blog_2014_12_21_string-literal-pool-in-java]: http://http://droidyue.com/blog/2014/12/21/string-literal-pool-in-java/
[view plain]: http://blog.csdn.net/dajunxing/article/details/48056419#
[Link 1]: http://droidyue.com/blog/2014/12/21/string-literal-pool-in-java/
[Link 2]: http://droidyue.com/blog/2014/10/12/understanding-weakreference-in-java/
[interned Strings _ Java Glossary]: http://mindprod.com/jgloss/interned.html#GC
[String_intern]: http://tech.meituan.com/in_depth_understanding_string_intern.html
[Java]: http://droidyue.com/blog/2014/08/30/java-details-string-concatenation/
[http_javarevisited.blogspot.com.au_2013_01_difference-between-stack-and-heap-java.html]: http://javarevisited.blogspot.com.au/2013/01/difference-between-stack-and-heap-java.html