JAVA虛擬機器-方法區與字串常量池

半夏之沫發表於2022-11-24
Java虛擬機字串

前言

方法區（Method Area）是執行緒共享的一塊記憶體區域，JVM載入的型別資訊，常量，靜態變數和即時編譯器編譯後的程式碼快取等資料均存放於方法區。

執行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分，在Class檔案中有一部分內容為常量池表（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量與符號引用，這部分內容在Class檔案被載入到JVM後會被存放在執行時常量池中。

字串常量池中存放字串字面量，在JDK1.8中，字串常量池存在於堆中。

本篇文章將對JDK1.8中的方法區，執行時常量池和字串常量池的區域分佈進行說明，並著重對字串常量池進行分析以探究new一個字串物件時到底會在堆上建立幾個物件。

JDK版本：1.8
參考資料：《深入理解Java虛擬機器第三版》

正文

一. 方法區的區域分佈

方法區只是一個邏輯概念，在JDK1.8中方法區的具體實現為元空間，而元空間使用的是本地記憶體。在JDK1.8中，方法區，執行時常量池和字串常量池的區域分佈示意圖如下所示。

即字串常量池存在於堆中，並且如果要設定方法區大小，需要使用-XX:MaxMetaspaceSize=指令進行設定。

JDK1.8中使用元空間作為方法區的實現以替代永久代（PermGen），有如下原因。

  • 永久代作為方法區的實現時，字串常量池存在於執行時常量池中，即字串常量池存在於方法區中，而方法區只有Full GC時才會被清理，因此容易出現由於字串常量池導致的記憶體溢位；
  • 型別資訊等資料大小不容易確定，將其存放到本地記憶體更為合適。

二. 字串常量池

首先回答那個經典的問題：new一個字串物件會建立幾個物件。答案是一個或者兩個。

字串常量池中會儲存字串字面量，字串字面量本質就是物件，當在程式碼中出現如下程式碼。

String str = "sakura";

如果字串常量池中已經存在sakura這個字串字面量，那麼str會指向字串常量池中的sakura字串字面量，反之，則會先將sakura這個字串字面量新增到字串常量池中，然後再將str指向字串常量池中的sakura字串字面量。

更甚一步，其實只要程式碼中出現雙引號括起來的字串，那麼就會去字串常量池中尋找對應的字串字面量，如果尋找不到，則建立字串字面量並新增到字串常量池中。

現在如果在程式碼中出現如下程式碼。

String str = new String("sakura");

首先出現了雙引號括起來的sakura字串，所以就會去字串常量池中尋找對應的字串字面量，如果尋找不到，則建立sakura字串字面量並新增到字串常量池中，如果尋找到，則直接使用字串常量池中的sakura字串字面量。最後，會在堆上建立一個字串物件，str會指向堆上建立出來的字串物件。所以new一個字串物件時，可以肯定的是一定會在堆上建立一個字串物件，但是字串常量池中是否會建立一個字串字面量，要取決於字串字面量之前是否已經存在，已經存在則不會再重複建立。所以new一個字串物件會建立幾個物件的答案是一個或者兩個。

為了加深理解，考慮如下的示例。

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("sakura") + new String("sakura");  //步驟1

        String str2 = "sakurasakura";  //步驟2

        System.out.println(str1 == str2);  //步驟3
    }

}

當執行完步驟1後，堆上的情況如下所示。

執行完步驟2後，堆上的情況如下所示。

所以最終步驟3的列印結果一定是false。

3. String的intern()方法

首先考慮如下的示例。

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("sakura") + new String("sakura");  //步驟1
        
        str1.intern();  //步驟2

        String str2 = "sakurasakura";  //步驟3

        System.out.println(str1 == str2);  //步驟4
    }

}

上述示例和第2小節中的示例差不多，只不過多了一步str1.intern()。String的intern()方法會根據當前字串物件的值去字串常量池中進行匹配，如果字串常量池中存在字串字面量的值與當前字串物件的值相等，則返回這個字串字面量的地址，如果字串常量池中不存在字串字面量的值與當前字串物件的值相等，則在字串常量池中註冊一個引用並指向當前字串物件，並最後返回當前字串物件的地址。那麼上述示例中，執行完步驟2後，堆上的情況如下所示。

執行完步驟3後，堆上的情況如下所示。

所以最終步驟4的列印結果一定是true。

透過上述示例可以知道，字串常量池中除了儲存字串字面量以外，還會儲存指向堆上的字串物件的引用。

總結

方法區用於存放JVM載入的型別資訊，常量，靜態變數和即時編譯器編譯後的程式碼快取等資料，JDK1.8中使用元空間作為方法區的實現，元空間使用的是本地記憶體。字串常量池中會儲存字串字面量，字串字面量本質就是物件，當new一個字串物件時，一定會在堆上建立一個字串物件，但是字串常量池中是否會建立一個字串字面量，要取決於字串字面量之前是否已經存在，已經存在則不會再重複建立，所以new一個字串物件會建立幾個物件的答案是一個或者兩個。

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