Java常量池理解與總結

一.相關概念

什麼是常量

用final修飾的成員變數表示常量，值一旦給定就無法改變！

final修飾的變數有三種：靜態變數、例項變數和區域性變數，分別表示三種型別的常量。

Class檔案中的常量池

在Class檔案結構中，最頭的4個位元組用於儲存魔數Magic Number，用於確定一個檔案是否能被JVM接受，再接著4個位元組用於儲存版本號，前2個位元組儲存次版本號，後2個儲存主版本號，再接著是用於存放常量的常量池，由於常量的數量是不固定的，所以常量池的入口放置一個U2型別的資料(constant_pool_count)儲存常量池容量計數值。

常量池主要用於存放兩大類常量：字面量(Literal)和符號引用量(Symbolic References)，字面量相當於Java語言層面常量的概念，如文字字串，宣告為final的常量值等，符號引用則屬於編譯原理方面的概念，包括瞭如下三種型別的常量：

• 類和介面的全限定名
• 欄位名稱和描述符
• 方法名稱和描述符

方法區中的執行時常量池

執行時常量池是方法區的一部分。

CLass檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊是常量池，用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。

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。

常量池的好處

常量池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。

例如字串常量池，在編譯階段就把所有的字串文字放到一個常量池中。
（1）節省記憶體空間：常量池中所有相同的字串常量被合併，只佔用一個空間。
（2）節省執行時間：比較字串時，==比equals()快。對於兩個引用變數，只用==判斷引用是否相等，也就可以判斷實際值是否相等。

雙等號==的含義

基本資料型別之間應用雙等號，比較的是他們的數值。

複合資料型別(類)之間應用雙等號，比較的是他們在記憶體中的存放地址。

二.8種基本型別的包裝類和常量池

java中基本型別的包裝類的大部分都實現了常量池技術，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean；

Integer i1 = 40;
Integer i2 = 40;
System.out.println(i1==i2);//輸出TRUE

這5種包裝類預設建立了數值[-128，127]的相應型別的快取資料，但是超出此範圍仍然會去建立新的物件。

//Integer 快取程式碼 ：
public static Integer valueOf(int i) {
     assert IntegerCache.high >= 127;
     if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
         return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
     return new Integer(i);
 }

Integer i1 = 400;
Integer i2 = 400;
System.out.println(i1==i2);//輸出false

兩種浮點數型別的包裝類Float,Double並沒有實現常量池技術。

Double i1=1.2;
Double i2=1.2;
System.out.println(i1==i2);//輸出false

應用常量池的場景

(1)Integer i1=40；Java在編譯的時候會直接將程式碼封裝成Integer i1=Integer.valueOf(40);，從而使用常量池中的物件。

(2)Integer i1 = new Integer(40);這種情況下會建立新的物件。

Integer i1 = 40;
Integer i2 = new Integer(40);
System.out.println(i1==i2);//輸出false

Integer比較更豐富的一個例子

Integer i1 = 40;
Integer i2 = 40;
Integer i3 = 0;
Integer i4 = new Integer(40);
Integer i5 = new Integer(40);
Integer i6 = new Integer(0);

System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));   
System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));

i1=i2   true
i1=i2+i3   true
i1=i4   false
i4=i5   false
i4=i5+i6   true
40=i5+i6   true

解釋：語句i4 == i5 + i6，因為+這個操作符不適用於Integer物件，首先i5和i6進行自動拆箱操作，進行數值相加，即i4 == 40。然後Integer物件無法與數值進行直接比較，所以i4自動拆箱轉為int值40，最終這條語句轉為40 == 40進行數值比較。
Java中的自動裝箱與拆箱

三.String類和常量池

String物件建立方式

String str1 = "abcd";
String str2 = new String("abcd");
System.out.println(str1==str2);//false

這兩種不同的建立方法是有差別的，第一種方式是在常量池中拿物件，第二種方式是直接在堆記憶體空間建立一個新的物件。
只要使用new方法，便需要建立新的物件。

連線表示式 +

（1）只有使用引號包含文字的方式建立的String物件之間使用“+”連線產生的新物件才會被加入字串池中。
（2）對於所有包含new方式新建物件（包括null）的“+”連線表示式，它所產生的新物件都不會被加入字串池中。

String str1 = "str";
String str2 = "ing";

String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str5);//true

特例1

public static final String A = "ab"; // 常量A
public static final String B = "cd"; // 常量B
public static void main(String[] args) {
String s = A + B;  // 將兩個常量用+連線對s進行初始化 
String t = "abcd";   
if (s == t) {   
    System.out.println("s等於t，它們是同一個物件");   
} else {   
    System.out.println("s不等於t，它們不是同一個物件");   
}   
} 
s等於t，它們是同一個物件

A和B都是常量，值是固定的，因此s的值也是固定的，它在類被編譯時就已經確定了。也就是說：String s=A+B; 等同於：String s=”ab”+”cd”;

特例2

public static final String A; // 常量A
public static final String B;    // 常量B
static {   
A = "ab";   
B = "cd";   
}   
public static void main(String[] args) {   
// 將兩個常量用+連線對s進行初始化   
String s = A + B;   
String t = "abcd";   
if (s == t) {   
    System.out.println("s等於t，它們是同一個物件");   
} else {   
    System.out.println("s不等於t，它們不是同一個物件");   
}   
} 
s不等於t，它們不是同一個物件

A和B雖然被定義為常量，但是它們都沒有馬上被賦值。在運算出s的值之前，他們何時被賦值，以及被賦予什麼樣的值，都是個變數。因此A和B在被賦值之前，性質類似於一個變數。那麼s就不能在編譯期被確定，而只能在執行時被建立了。

String s1 = new String("xyz"); 建立了幾個物件？

考慮類載入階段和實際執行時。

（1）類載入對一個類只會進行一次。”xyz”在類載入時就已經建立並駐留了（如果該類被載入之前已經有”xyz”字串被駐留過則不需要重複建立用於駐留的”xyz”例項）。駐留的字串是放在全域性共享的字串常量池中的。

（2）在這段程式碼後續被執行的時候，”xyz”字面量對應的String例項已經固定了，不會再被重複建立。所以這段程式碼將常量池中的物件複製一份放到heap中，並且把heap中的這個物件的引用交給s1 持有。
這條語句建立了2個物件。

java.lang.String.intern()

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。

String的intern()方法會查詢在常量池中是否存在一份equal相等的字串,如果有則返回該字串的引用,如果沒有則新增自己的字串進入常量池。

public static void main(String[] args) {    
   String s1 = new String("計算機");
   String s2 = s1.intern();
   String s3 = "計算機";
   System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
   System.out.println("s3 == s2? " + (s3 == s2));
}

s1 == s2? false
s3 == s2? true

字串比較更豐富的一個例子

public class Test {
public static void main(String[] args) {   
   String hello = "Hello", lo = "lo";
   System.out.println((hello == "Hello") + " ");
   System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
   System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
   System.out.println((hello == ("Hel"+"lo")) + " ");
   System.out.println((hello == ("Hel"+lo)) + " ");
   System.out.println(hello == ("Hel"+lo).intern());
}   
}
class Other { static String hello = "Hello"; }
package other;
public class Other { public static String hello = "Hello"; }

true true true true false true

在同包同類下,引用自同一String物件.

在同包不同類下,引用自同一String物件.

在不同包不同類下,依然引用自同一String物件.

在編譯成.class時能夠識別為同一字串的,自動優化成常量,引用自同一String物件.

在執行時建立的字串具有獨立的記憶體地址,所以不引用自同一String物件.