简书 占小狼
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前言
String字符串在Java应用中使用非常频繁，只有理解了它在虚拟机中的实现机制，才能写出健壮的应用，本文使用的JDK版本为1.8.0_3。
常量池
Java代码被编译成class文件时，会生成一个常量池（Constant pool）的数据结构，用以保存字面常量和符号引用（类名、方法名、接口名和字段名等）。
package com.ctrip.ttd.whywhy;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
String test = "test";
}
}
很简单的一段代码，通过命令 javap -verbose 查看class文件中 Constant pool 实现：
Constant pool:
#1 = Methodref #4.#13 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = String #14 // test
#3 = Class #15 // com/ctrip/ttd/whywhy/test
#4 = Class #16 // java/lang/Object
#5 = Utf8 <init>
#6 = Utf8 ()V
#7 = Utf8 Code
#8 = Utf8 LineNumberTable
#9 = Utf8 main
#10 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#11 = Utf8 SourceFile
#12 = Utf8 test.java
#13 = NameAndType #5:#6 // "<init>":()V
#14 = Utf8 test
#15 = Utf8 com/ctrip/ttd/whywhy/test
#16 = Utf8 java/lang/Object
通过反编译出来的字节码可以看出字符串 "test" 在常量池中的定义方式：
#2 = String #14 // test
#14 = Utf8 test
在main方法字节码指令中，0 ~ 2行对应代码 String test = "test"; 由两部分组成：ldc #2 和 astore_1。
// main方法字节码指令
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: ldc #2 // String test
2: astore_1
3: return
1、Test类加载到虚拟机时，"test"字符串在Constant pool中使用符号引用symbol表示，当调用 ldc #2 指令时，如果Constant pool中索引 #2 的symbol还未解析，则调用C++底层的 StringTable::intern 方法生成char数组，并将引用保存在StringTable和常量池中，当下次调用 ldc #2 时，可以直接从Constant pool根据索引 #2获取 "test" 字符串的引用，避免再次到StringTable中查找。
2、astore_1指令将"test"字符串的引用保存在局部变量表中。
常量池的内存分配 在 JDK6、7、8中有不同的实现：
1、JDK6及之前版本中，常量池的内存在永久代PermGen进行分配，所以常量池会受到PermGen内存大小的限制。
2、JDK7中，常量池的内存在Java堆上进行分配，意味着常量池不受固定大小的限制了。
3、JDK8中，虚拟机团队移除了永久代PermGen。
字符串初始化
字符串可以通过两种方式进行初始化：字面常量和String对象。
字面常量
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String a = "java";
String b = "java";
String c = "ja" + "va";
}
}
通过 "javap -c" 命令查看字节码指令实现：
其中ldc指令将int、float和String类型的常量值从常量池中推送到栈顶，所以a和b都指向常量池的"java"字符串。通过指令实现可以发现：变量a、b和c都指向常量池的 "java" 字符串，表达式 "ja" + "va" 在编译期间会把结果值"java"直接赋值给c。
String对象
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String a = "java";
String c = new String("java");
}
}
这种情况下，a == c 成立么？字节码实现如下：
其中3 ~ 9行指令对应代码
String c = new String("java"); 实现：1、第3行new指令，在Java堆上为String对象申请内存；
2、第7行ldc指令，尝试从常量池中获取"java"字符串，如果常量池中不存在，则在常量池中新建"java"字符串，并返回；
3、第9行invokespecial指令，调用构造方法，初始化String对象。
其中String对象中使用char数组存储字符串，变量a指向常量池的"java"字符串，变量c指向Java堆的String对象，且该对象的char数组指向常量池的"java"字符串，所以很显然 a != c，如下图所示：
**通过 "字面量 + String对象" 进行赋值会发生什么？ **
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String a = "hello ";
String b = "world";
String c = a + b;
String d = "hello world";
}
}
这种情况下，c == d成立么？字节码实现如下：
其中6 ~ 21行指令对应代码
String c = a + b; 实现：1、第6行new指令，在Java堆上为StringBuilder对象申请内存；
2、第10行invokespecial指令，调用构造方法，初始化StringBuilder对象；
3、第14、18行invokespecial指令，调用append方法，添加a和b字符串；
4、第21行invokespecial指令，调用toString方法，生成String对象。
通过指令实现可以发现，字符串变量的连接动作，在编译阶段会被转化成StringBuilder的append操作，变量c最终指向Java堆上新建String对象，变量d指向常量池的"hello world"字符串，所以 c != d。
不过有种特殊情况，当final修饰的变量发生连接动作时，虚拟机会进行优化，将表达式结果直接赋值给目标变量：
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
final String a = "hello ";
final String b = "world";
String c = a + b;
String d = "hello world";
}
}
指令实现如下：
END。
我是占小狼。
在魔都艰苦奋斗，白天是上班族，晚上是知识服务工作者。
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