JVM 系列之:String.intern 和 stringTable

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发布于: 19 小时前
JVM系列之:String.intern和stringTable

简介

StringTable是什么?它和String.intern有什么关系呢?在字符串对象的创建过程中,StringTable有起到了什么作用呢?



一切的答案都在本文中,快来看看吧。



intern简介

intern是String类中的一个native方法,所以它底层是用c++来实现的。感兴趣的同学可以去查看下JVM的源码了解更多的内容。



这里我们主要谈一下intern的作用。



intern返回的是这个String所代表的对象,怎么理解呢?



String class维护了一个私有的String pool, 这个String pool也叫StringTable,中文名字叫做字符串常量池。



当我们调用intern方法的时候,如果这个StringTable中已经包含了一个相同的String对象(根据equals(Object)方法来判断两个String对象是否相等),那么将会直接返回保存在这个StringTable中的String。



如果StringTable中没有相同的对象,那么这个String对象将会被加入StringTable,并返回这个String对象的引用。



所以,当且仅当 s.equals(t) 的时候s.intern() == t.intern()。



intern和字符串字面量常量

我们知道在类文件被编译成class文件时,每个class文件都有一个常量池,常量池中存了些什么东西呢?



字符串常量,类和接口名字,字段名,和其他一些在class中引用的常量。



看一个非常简单的java类:



public class SimpleString {
public String site="www.flydean.com";
}




然后看一下编译出来的class文件中的Constant Pool:



Constant pool:
#1 = Methodref #2.#3 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Class #4 // java/lang/Object
#3 = NameAndType #5:#6 // "<init>":()V
#4 = Utf8 java/lang/Object
#5 = Utf8 <init>
#6 = Utf8 ()V
#7 = String #8 // www.flydean.com
#8 = Utf8 www.flydean.com
#9 = Fieldref #10.#11 // com/flydean/SimpleString.site:Ljava/lang/String;
#10 = Class #12 // com/flydean/SimpleString
#11 = NameAndType #13:#14 // site:Ljava/lang/String;
#12 = Utf8 com/flydean/SimpleString
#13 = Utf8 site
#14 = Utf8 Ljava/lang/String;
#15 = Utf8 Code
#16 = Utf8 LineNumberTable
#17 = Utf8 LocalVariableTable
#18 = Utf8 this
#19 = Utf8 Lcom/flydean/SimpleString;
#20 = Utf8 SourceFile
#21 = Utf8 SimpleString.java




上面的结果,我们可以看到class常量池中的index 7存放了一个字符串,这个字符串的实际内容存放在index 8中,是一个变种的Utf8的编码。



#7 = String #8 // www.flydean.com
#8 = Utf8 www.flydean.com




好了,现在问题来了,class文件中的常量池在运行时需要转换成为JVM能够识别的运行时常量池,这个运行时的常量池和StringTable和intern有什么关系呢?





在java对象的实例化过程中,所有的字符串字面量都会在实例化的时候自动调用intern方法。



如果是第一次调用,则会创建新的String对象,存放在String Table中,并返回该String对象的引用。



分析intern返回的String对象

从上面的图中,我们也可以出来String Table中存储的是一个String对象,它和普通的String对象没有什么区别,也分为对象头,底层的byte数组引用,int hash值等。



如果你不相信,可以使用JOL来进行分析:



log.info("{}", ClassLayout.parseInstance("www.flydean.com".intern()).toPrintable());




看下输出结果:



INFO com.flydean.StringInternJOL - java.lang.String object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 4 (object header) 05 00 00 00 (00000101 00000000 00000000 00000000) (5)
4 4 (object header) 00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
8 4 (object header) 77 1a 06 00 (01110111 00011010 00000110 00000000) (399991)
12 4 byte[] String.value [119, 119, 119, 46, 102, 108, 121, 100, 101, 97, 110, 46, 99, 111, 109]
16 4 int String.hash 0
20 1 byte String.coder 0
21 1 boolean String.hashIsZero false
22 2 (loss due to the next object alignment)
Instance size: 24 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 2 bytes external = 2 bytes total





分析实际的问题

有了上面的知识,让我们分析一下下面的实际问题吧:



String a =new String(new char[]{'a','b','c'});
String b = a.intern();
System.out.println(a == b);

String x =new String("def");
String y = x.intern();
System.out.println(x == y);




两个很简单的例子,答案是什么呢? 答案是true和false。



第一个例子按照上面的原理很好理解,在构建String a的时候,String table中并没有”abc“这个字符串实例。所以intern方法会将该对象添加到String table中,并返回该对象的引用。



所以a和b其实是一个对象,返回true。



那么第二个例子呢?初始化String的时候,不是也没有”def“这个字符串吗?为什么回返回false呢?



还记得我们上面一个小节分析的吗?所有的字符串字面量在初始化的时候会默认调用intern方法。



也就是说”def“在初始化的时候,已经调用了一次intern了,这个时候String table中已经有”def“这个String了。



所以x和y是两个不同的对象,返回的是false。



注意,上面的例子是在JDK7+之后运行的,如果你是在JDK6中运行,那么得到的结果都是false。



JDK6和JDK7有什么不同呢?



在JDK6中,StringTable是存放在方法区中的,而方法区是放在永久代中的。每次调用intern方法,如果String Table中不存在该String对象,则会将该String对象进行一次拷贝,并返回拷贝后String对象的引用。



因为做了一次拷贝,所以引用的不是同一个对象了。结果为false。



在JDK7之后,StringTable已经被转移到了java Heap中了,调用intern方法的时候,StringTable可以直接将该String对象加入StringTable,从而指向的是同一个对象。



G1中的去重功能

如果频繁的进行String的复制,实际上是非常消耗内存空间的。所以在G1垃圾回收器中,可以使用下面的:



-XX:+UseStringDeduplication




来开启String的去重功能。



我们还记得String对象的底层结构吧,就是一个byte[]数组,String去重的原理就是让多个字符串对象底层的byte数组指向同一个地方。从而节省内存。



我们可以通过使用:



-XX:+PrintStringTableStatistics




参数来查看StringTable的大小。并通过:



-XX:StringTableSizen=n




来指定StringTable的大小。



总结

本文讲了String.intern和String table的关系,如果有什么错误或者遗漏的地方,欢迎大家留言给我!



本文作者:flydean程序那些事

本文链接:http://www.flydean.com/jvm-string-intern/

本文来源:flydean的博客

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