引言
本文將介紹常量池 與 裝箱拆箱機制，之所以將兩者合在一起介紹，是因為網上不少文章在談到常量池時，將包裝類的快取機制，java常量池，不加區別地混在一起討論，更有甚者完全將這兩者視為一個整體，給初學者帶來不少困擾，我就是過來的。同時，也因為包裝類的快取 與 字串常量池的思想是一樣的，很容易混淆，但是實現方式是不一樣的。
一、常量池
在介紹常量池前，先來介紹一下常量、字面常量、符號常量的定義。
常量 可分為 字面常量（也稱為直接常量）和 符號常量。
字面常量： 是指在程式中無需預先定義就可使用的數字、字元、boolen值、字串等。簡單的說，就是確定值的本身。如 10，2L，2.3f，3.5，“hello”，'a'，true、false、null 等等。
符號常量： 是指在程式中用識別符號預先定義的，其值在程式中不可改變的量。如 final int a = 5;
常量池
常量池引入的 目的 是為了避免頻繁的建立和銷燬物件而影響系統效能，其實現了物件的共享。這是一種 享元模式 的實現。
二、 java常量池
Java的常量池可以細分為以下三類：
- 量池，編譯階段）
- 執行時常量池（又稱動態常量池，執行階段）
- 字串常量池（全域性的常量池）
1. class檔案常量池
class檔案常量池，也被稱為 靜態常量池 ，它是.class檔案所包含的一項資訊。用於存放編譯器生成的各種字面量(Literal)和符號引用(Symbolic References)。 常量池在.class檔案的位置
- 類和介面的全限定名
- 欄位的名稱和描述符
- 方法的名稱和描述符
常量池的資訊
2. 執行時常量池
執行時常量池，又稱為 動態常量池 ，是JVM在完成載入類之後將class檔案中常量池載入到記憶體中，並儲存在方法區中。也就是說，執行時常量池中的常量，基本來源於各個class檔案中的常量池。 執行時常量池相對於CLass檔案常量池的另外一個重要特徵是具備 動態性 ，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入CLass檔案中常量池的內容才能進入方法區執行時常量池，執行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用比較多的就是String類的intern()方法。
jvm在執行某個類的時候，必須經過載入、連線、初始化，而連線又包括驗證、準備、解析三個階段。而當類載入到記憶體中後，jvm就會將class常量池中的內容存放到執行時常量池中，也就是說，每個class對應執行時常量池中的一個獨立空間，每個class檔案存放的位置互不干擾。而在解析階段，就會將符號引用替換成對應的直接引用。 不過，String型別 的字面常量要注意：並不是直接在堆上分配空間來建立物件的，JVM為String 字串額外維護了一個常量池 字串常量池，所以遇到字串常量是要先去字串池中尋找是否有重複，如果有，則返回對應的引用。否則，才建立並新增到字串常量池中。換句話說，對於String型別的字面常量，必須要在 字串常量池 中維護一個全域性的引用。
3. 字串常量池（string pool也有叫做string literal pool）
字串常量池儲存的就是字串的字面常量。詳細一點，字串常量池裡的內容是在類載入完成，經過驗證，準備階段之後在堆中生成字串物件例項，然後將該字串物件例項的引用值存到string pool中（記住：string pool中存的是引用值而不是具體的例項物件，具體的例項物件是在堆中開闢的一塊空間存放的。）。 在HotSpot VM裡實現的string pool功能的是一個StringTable類，它是一個雜湊表，裡面存的是駐留字串(也就是我們常說的用雙引號括起來的)的引用（而不是駐留字串例項本身），也就是說在堆中的某些字串例項被這個StringTable引用之後就等同被賦予了”駐留字串”的身份。這個StringTable在每個HotSpot VM的例項只有一份，被所有的類共享。
執行時常量池 與 字串常量池 的區別
字串常量池是位於執行時常量池中的。
網上有不少文章是將字串常量池作為執行時常量池同等來說，我一開始也以為這兩者就是同一個東西，其實不然。執行時常量池 與 字串常量池 在HotSpot的JDK1.6以前，都是放在方法區的，JDK1.7就將字串常量池移到了堆外記憶體中去。執行時常量池 為每一個Class檔案的常量池提供一個執行時的記憶體空間；而字串常量池則為所有Class檔案的String型別的字面常量維護一個公共的常量池，也就是Class檔案的常量池載入進執行時常量池後，其String字面常量的引用指向要與字串常量池的維護的要一致。
我們來幾個例子理解一下常量池
@ Example 1 簡單的例子
public class Test_6 {
public static void main(String[] args) {
String str = "Hello World!";
}
}
複製程式碼我們使用使用javap -v MyTest.class 檢視class檔案的位元組碼，經javap 處理可以輸出我們能看懂的資訊。如下圖：
@ Example 2 String的+運算例子
我們再來看一個比較複雜的例子
public class Test_6 {
public static void main(String[] args) {
String str_aa = "Love";
String str_bb = "beautiful" + " girl";
String str_cc = str_aa+" China";
}
}
複製程式碼同樣，檢視class檔案的位元組碼資訊：
Love、beautiful girl、China，但卻沒有 Love China。為什麼 str_bb 與 str_cc 都是通過 + 連結得到的，為什麼str_cc的值沒有出現在常量池中，而str_bb的值卻出現了。
這是因為str_bb的值是由兩個常量計算得到的，這種只有常量的表示式計算在編譯期間由編譯器計算得到的，要記住，能由編譯器完成的計算，就不會拖到執行期間來計算。
而str_cc的計算中包含了變數str_aa，涉及到變數的表示式計算都是在執行期間計算的，因為變數是無法在編譯期間確定它的值，特別是多執行緒下，同時得到結果是CPU動態分配空間儲存的，也就是說地址也無法確定。我們再去細看，就會發現常量池中的包含了StringBuilder以及其方法的描述資訊，其實，這個StringBuilder是為了計算str_aa+" China"表示式，先呼叫append()方法，新增兩個字串，在呼叫toString()方法，返回結果。也就是說，在執行期間，String字串通過 + 來連結的表示式計算都是通過建立StringBuilder來完成的
@ Example 3 String新建物件例子
下面的例子，str_bb的值是直接通過new新建一個物件，觀察靜態常量池。
public class MyTest {
public static void main(String[] args) {
String str_bb = new String("Hello");
}
}
複製程式碼檢視對應class檔案的位元組碼資訊：
二、自動裝箱拆箱機制 與 快取機制
先來簡單介紹一下自動裝箱拆箱機制
1、自動裝拆箱機制介紹
裝箱： 可以自動將基本型別直接轉換成對應的包裝型別。 拆箱： 自動將包裝型別轉換成對應的基本型別值；
//普通的建立物件方式
Integer a = new Integer(5);
//裝箱
Integer b = 5;
//拆箱
int c = b+5;
複製程式碼2. 自動裝箱拆箱的原理
裝箱拆箱究竟是是怎麼實現，感覺有點神奇，居然可以使基本型別與包裝型別快速轉換。我們再稍微簡化上面的例子：
public class Test_6 {
public static void main(String[] args) {
//裝箱
Integer b = 5;
//拆箱
int c = b+5;
}
}
複製程式碼依舊使用 javap -v Test_6.class 檢視這個類的class檔案的位元組碼資訊，如下圖：
Integer.valueOf() 和 Integer.initValue() 這兩個方法的描述。這就有點奇怪，例子中的程式碼中並沒有呼叫這兩個方法，為什麼編譯後會出現呢？
感覺還是不夠清晰，我們換另一種反編譯工具來反編譯一下，這次我們反編譯回java程式碼，使用命令 jad Test_6.class ，得到的反編譯程式碼如下：
public class Test_6
{
public static void main(String args[])
{
Integer b = Integer.valueOf(5);
int c = b.intValue() + 5;
}
}
複製程式碼這回就非常直觀明瞭了。所謂裝箱拆箱並沒有多厲害，還是要通過呼叫Integer.valueOf()（裝箱） 和 Integer.initValue()（拆箱）來完成的。也就是說，自動裝箱拆箱機制是一種語法簡寫，為了方便程式設計師，省去了手動裝箱拆箱的麻煩，變成了自動裝箱拆箱
判別是裝箱還是拆箱
在下面的兩個例子中，可能會讓你很迷惑：不知道到底使用了裝箱，還是使用了拆箱。
Integer x = 1;
Integer y = 2;
Integer z = x+y;
複製程式碼這種情況其實只要仔細想一下便可以知道：這是 先拆箱再裝箱。因為Integer型別是引用型別，所以不能參與加法運算，必須拆箱成基本型別來求和，在裝箱成Integer。如果改造上面的例子，把Integer變成Short，則正確程式碼如下：
Short a = 5;
Short b = 6;
Short c = (short) (a+b);
複製程式碼3. 包裝類的快取機制
我們先來看一個例子
public class MyTest {
public static void main(String[] args) {
Integer a = 5;
Integer b = 5;
Integer c = 129;
Integer d = 129;
System.out.println("a==b "+ (a == b));
System.out.println("c==d "+ (c == d));
}
}
複製程式碼執行結果：
a == b true c == d false
咦，為什麼是a和b所指向的是一個物件呢？難道JVM在類載入時也為包裝型別維護了一個常量池？如果是這樣，為什麼變數c、d的地址不一樣。事實上，JVM確實沒有為包裝類維護一個常量池。變數a、b、c、d是由裝箱得到的，根據前面所說的，裝箱其實是編譯器自動新增了Integer.valueOf() 方法。祕密應該就在這個方法內，那麼我們看一下Integer.valueOf()的原始碼吧，如下：
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
複製程式碼程式碼很簡單，判斷裝箱所使用的基本型別值是否在 [ IntegerCache.low, IntegerCache.high] 的範圍內，如果在，返回IntegerCache.cache陣列中對應下標的元素。否則，才新建一個物件。我們繼續深入檢視 IntegerCache 的原始碼，如下：
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
// high value may be configured by property
int h = 127;
String integerCacheHighPropValue =
sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
//獲取上限值
if (integerCacheHighPropValue != null) {
try {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
} catch( NumberFormatException nfe) {
// If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
}
}
high = h;
//建立陣列
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
//填充陣列
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high >= 127;
}
private IntegerCache() {}
}
複製程式碼從原始碼中，可以知道，IntegerCache.cache是一個final的Integer陣列，這個陣列儲存的Integer物件元素的值範圍是[-128，127]。而且這個陣列的初始化程式碼是包裹在static程式碼塊中，也就是說IntegerCache.cache陣列的初始化是在類載入時完成的。
再看回上面的例子，變數a和b的使用的基本型別值為5，超出[-128,127]的範圍，所以就使用快取陣列中的元素，所以a、b的地址是一樣的。而c、d使用的基本型別值為129，超出快取範圍，所以都是各自在堆上建立一個對，地址自然就不一樣了。
包裝類快取總結與補充：
- 包裝類與String類很相似，都是非可變類，即一經建立後，便不可以修改。正因為這種特性，兩者的物件例項在多執行緒下是安全的，不用擔心非同步修改的情況，這為他們實現共享提供了很好的保證，只需建立一個物件共享便可。
- 包裝類的共享實現並不是由JVM來維護一個常量池，而是使用了快取機制（陣列），而且這個快取是在類載入時完成初始化，並且不可再修改。
- 包裝類的陣列快取範圍是有限，只快取基本型別值在一個位元組範圍內，也就是說 -128 ~ 127。（Character的範圍是 0~127）
- 目前並不是所有包裝類都提供快取機制，只有Byte、Character、Short、Integer 4個包裝類提供，Long、Float、Double 不提供。
出處：http://www.cnblogs.com/jinggod/p/8425748.html
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