第 13 章 StringTable

1、String 的基本特性

1.1、String 概述

String 的概述

String：字符串，使用一对 “” 引起来表示

String s1 = "mogublog" ;               // 字面量的定义方式
String s2 =  new String("moxi");     // new 对象的方式

String声明为final的，不可被继承
String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。实现了Comparable接口：表示String可以比较大小
string在jdk8及以前内部定义了final char[] value用于存储字符串数据。JDK9时改为byte[]

为什么 JDK9 改变了 String 的结构

官方文档

http://openjdk.java.net/jeps/254

为什么改为 byte[] 存储？

String类的当前实现将字符存储在char数组中，每个字符使用两个字节(16位)。
从许多不同的应用程序收集的数据表明，字符串是堆使用的主要组成部分，而且大多数字符串对象只包含拉丁字符。这些字符只需要一个字节的存储空间，因此这些字符串对象的内部char数组中有一半的空间将不会使用。
之前 String 类使用 UTF-16 的 char[] 数组存储，现在改为 byte[] 数组外加一个编码标志位存储，该编码标志将指定 String 类中 byte[] 数组的编码方式
结论：String再也不用char[] 来存储了，改成了byte [] 加上编码标记，节约了一些空间
同时基于String的数据结构，例如StringBuffer和StringBuilder也同样做了修改

// 之前
private final char value[];
// 之后
private final byte[] value

1.2、String 的基本特征

String 的基本特征

String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。

当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
当调用String的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。

通过字面量的方式（区别于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。

当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值

代码

@Test
public void test1() {String s1 = "abc";//字面量定义的方式，"abc"存储在字符串常量池中String s2 = "abc";s1 = "hello";System.out.println(s1 == s2);//判断地址：falseSystem.out.println(s1);//helloSystem.out.println(s2);//abc
}

字节码指令
- 取字符串 “abc” 时，使用的是同一个符号引用：#2
- 取字符串 “hello” 时，使用的是另一个符号引用：#3

 0 ldc #2 <abc>2 astore_13 ldc #2 <abc>5 astore_26 ldc #3 <hello>8 astore_19 getstatic #4 <java/lang/System.out>
12 aload_1
13 aload_2
14 if_acmpne 21 (+7)
17 iconst_1
18 goto 22 (+4)
21 iconst_0
22 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println>
25 getstatic #4 <java/lang/System.out>
28 aload_1
29 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
32 getstatic #4 <java/lang/System.out>
35 aload_2
36 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
39 return

当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值

代码

@Test
public void test2() {String s1 = "abc";String s2 = "abc";s2 += "def";System.out.println(s2);//abcdefSystem.out.println(s1);//abc
}

字节码指令：拼接操作通过 StringBuilder 的 append() 方法完成

 0 ldc #2 <abc>2 astore_13 ldc #2 <abc>5 astore_26 new #7 <java/lang/StringBuilder>9 dup
10 invokespecial #8 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 aload_2
14 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
17 ldc #10 <def>
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_2
26 getstatic #4 <java/lang/System.out>
29 aload_2
30 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
33 getstatic #4 <java/lang/System.out>
36 aload_1
37 invokevirtual #6 <java/io/PrintStream.println>
40 return

当调用string的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值

@Test
public void test3() {String s1 = "abc";String s2 = s1.replace('a', 'm');System.out.println(s1);//abcSystem.out.println(s2);//mbc
}

来看看 replace() 方法的源码

new String(buf, true); 后，返回新的 String 对象

public String replace(char oldChar, char newChar) {if (oldChar != newChar) {int len = value.length;int i = -1;char[] val = value; /* avoid getfield opcode */while (++i < len) {if (val[i] == oldChar) {break;}}if (i < len) {char buf[] = new char[len];for (int j = 0; j < i; j++) {buf[j] = val[j];}while (i < len) {char c = val[i];buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;i++;}return new String(buf, true);}}return this;
}

课后练习：String 的不可变性

代码

/*** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  23:44*/
public class StringExer {String str = new String("good");char[] ch = {'t', 'e', 's', 't'};public void change(String str, char ch[]) {str = "test ok";ch[0] = 'b';}public static void main(String[] args) {StringExer ex = new StringExer();ex.change(ex.str, ex.ch);System.out.println(ex.str);//goodSystem.out.println(ex.ch);//best}
}

str 的内容并没有变：“test ok” 位于字符串常量池中的另一个区域（地址），进行赋值操作并没有修改原来 str 指向的引用的内容

good
best

1.3、String 的底层结构

String 底层 Hashtable 结构的说明

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的

String的String Pool是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进String Pool的String非常多，就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String.intern()方法时性能会大幅下降。
使用-XX:StringTablesize可设置StringTable的长度
在JDK6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快，StringTablesize设置没有要求
在JDK7中，StringTable的长度默认值是60013，StringTablesize设置没有要求
在JDK8中，StringTable的长度默认值是60013，StringTable可以设置的最小值为1009

代码示例：设置 StringTable 的长度

代码

/*** -XX:StringTableSize=1009** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  23:53*/
public class StringTest2 {public static void main(String[] args) {// 测试StringTableSize参数System.out.println("我来打个酱油");try {Thread.sleep(1000000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

通过 -XX:StringTableSize 设置 StringTable 长度

JVM 参数

-XX:StringTableSize=6666

jinfo 查看变量值

jps
jinfo -flag StringTableSize 进程id

测试不同 StringTable 长度下，程序的性能

代码

/*** -XX:StringTableSize=1009** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  23:53*/
public class StringTest2 {public static void main(String[] args) {       BufferedReader br = null;try {br = new BufferedReader(new FileReader("words.txt"));long start = System.currentTimeMillis();String data;while ((data = br.readLine()) != null) {//如果字符串常量池中没有对应data的字符串的话，则在常量池中生成data.intern();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));//1009:143ms  100009:47ms} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (br != null) {try {br.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

-XX:StringTableSize=1009 ：程序耗时 143ms
-XX:StringTableSize=100009 ：程序耗时 47ms

2、String 的内存分配

2.1、String 内存分配演进过程

String 类型

在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。这些类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。
常量池就类似一个Java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量池都是系统协调的，String类型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种。
- 直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。比如：String info="atguigu.com";
- 如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern()方法。

String 内存分配的演进过程

Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代
Java 7中 Oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内
- 所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。
- 字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用String.intern()。
Java8元空间，字符串常量在堆

2.2、为什么要调整 String 位置

StringTable 为什么要调整？

官方文档

https://www.oracle.com/java/technologies/javase/jdk7-relnotes.html#jdk7changes

为什么要调整位置？
- 永久代的默认比较小
- 永久代垃圾回收频率低
- 堆中空间足够大，字符串可被及时回收
在JDK 7中，interned字符串不再在Java堆的永久代中分配，而是在Java堆的主要部分（称为年轻代和年老代）中分配，与应用程序创建的其他对象一起分配。
此更改将导致驻留在主Java堆中的数据更多，驻留在永久生成中的数据更少，因此可能需要调整堆大小。

代码示例

代码

/*** jdk6中：* -XX:PermSize=6m -XX:MaxPermSize=6m -Xms6m -Xmx6m** jdk8中：* -XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m* @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  0:36*/
public class StringTest3 {public static void main(String[] args) {//使用Set保持着常量池引用，避免full gc回收常量池行为Set<String> set = new HashSet<String>();//在short可以取值的范围内足以让6MB的PermSize或heap产生OOM了。short i = 0;while(true){set.add(String.valueOf(i++).intern());}}
}

异常日志说：我真没骗你，字符串真的在堆中（JDK8）

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" -XX:MetaspaceSize=6m -XX:MaxMetaspaceSize=6m -Xms6m -Xmx6m "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=1799:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter13;D:\JavaTools\apache-maven-3.3.9\repository\junit\junit\4.12\junit-4.12.jar;D:\JavaTools\apache-maven-3.3.9\repository\org\hamcrest\hamcrest-core\1.3\hamcrest-core-1.3.jar" com.atguigu.java.StringTest3
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceat java.util.HashMap.resize(HashMap.java:703)at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)at java.util.HashSet.add(HashSet.java:219)at com.atguigu.java.StringTest3.main(StringTest3.java:22)Process finished with exit code 1

3、String 的基本操作

核心思想

Java语言规范里要求完全相同的字符串字面量，应该包含同样的Unicode字符序列（包含同一份码点序列的常量），并且必须是指向同一个String类实例。

题目一

代码

/*** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  0:49*/
public class StringTest4 {public static void main(String[] args) {System.out.println();//2330System.out.println("1");//2331System.out.println("2");System.out.println("3");System.out.println("4");System.out.println("5");System.out.println("6");System.out.println("7");System.out.println("8");System.out.println("9");System.out.println("10");//2340//如下的字符串"1" 到 "10"不会再次加载System.out.println("1");//2341System.out.println("2");//2341System.out.println("3");System.out.println("4");System.out.println("5");System.out.println("6");System.out.println("7");System.out.println("8");System.out.println("9");System.out.println("10");//2341}
}

分析字符串常量池的变化
- 程序启动时已经加载了 2330 个字符串常量
- 加载换行符
- 加载了字符串常量 “1”~“9”
- 加载字符串常量 “10”
- 之后的字符串"1" 到 "10"不会再次加载

题目二

代码

/*** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  0:51*/
class Memory {public static void main(String[] args) {//line 1int i = 1;//line 2Object obj = new Object();//line 3Memory mem = new Memory();//line 4mem.foo(obj);//line 5}//line 9private void foo(Object param) {//line 6String str = param.toString();//line 7System.out.println(str);}//line 8
}

分析运行时内存（foo() 方法是实例方法，其实图中少了一个 this 局部变量）

4、字符串拼接操作

4.1、符串拼接操作的结论

字符串拼接操作的结论

常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
常量池中不会存在相同内容的变量
拼接前后，只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder
如果拼接的结果调用intern()方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址
- 如果存在，则返回字符串在常量池中的地址
- 如果字符串常量池中不存在该字符串，则在常量池中创建一份，并返回此对象的地址

常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化

代码

@Test
public void test1() {String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2/** 最终.java编译成.class,再执行.class* String s1 = "abc";* String s2 = "abc"*/System.out.println(s1 == s2); //trueSystem.out.println(s1.equals(s2)); //true
}

从字节码指令看出：编译器做了优化，将 “a” + “b” + “c” 优化成了 “abc”

 0 ldc #2 <abc>2 astore_13 ldc #2 <abc>5 astore_26 getstatic #3 <java/lang/System.out>9 aload_1
10 aload_2
11 if_acmpne 18 (+7)
14 iconst_1
15 goto 19 (+4)
18 iconst_0
19 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
22 getstatic #3 <java/lang/System.out>
25 aload_1
26 aload_2
27 invokevirtual #5 <java/lang/String.equals>
30 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
33 return

IDEA 反编译 class 文件后，来看这个问题

拼接前后，只要其中有一个是变量，结果就在堆中

调用 intern() 方法，则主动将字符串对象存入字符串常量池中，并将其地址返回

代码

@Test
public void test2(){String s1 = "javaEE";String s2 = "hadoop";String s3 = "javaEEhadoop";String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化//如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoopString s5 = s1 + "hadoop";String s6 = "javaEE" + s2;String s7 = s1 + s2;System.out.println(s3 == s4);//trueSystem.out.println(s3 == s5);//falseSystem.out.println(s3 == s6);//falseSystem.out.println(s3 == s7);//falseSystem.out.println(s5 == s6);//falseSystem.out.println(s5 == s7);//falseSystem.out.println(s6 == s7);//false//intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；//如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回此对象的地址。String s8 = s6.intern();System.out.println(s3 == s8);//true
}

从字节码角度来看：拼接前后有变量，都会使用到 StringBuilder 类

  0 ldc #6 <javaEE>2 astore_13 ldc #7 <hadoop>5 astore_26 ldc #8 <javaEEhadoop>8 astore_39 ldc #8 <javaEEhadoop>11 astore 413 new #9 <java/lang/StringBuilder>16 dup17 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>20 aload_121 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>24 ldc #7 <hadoop>26 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>29 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>32 astore 534 new #9 <java/lang/StringBuilder>37 dup38 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>41 ldc #6 <javaEE>43 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>46 aload_247 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>50 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>53 astore 655 new #9 <java/lang/StringBuilder>58 dup59 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>62 aload_163 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>66 aload_267 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>70 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>73 astore 775 getstatic #3 <java/lang/System.out>78 aload_379 aload 481 if_acmpne 88 (+7)84 iconst_185 goto 89 (+4)88 iconst_089 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>92 getstatic #3 <java/lang/System.out>95 aload_396 aload 598 if_acmpne 105 (+7)
101 iconst_1
102 goto 106 (+4)
105 iconst_0
106 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
109 getstatic #3 <java/lang/System.out>
112 aload_3
113 aload 6
115 if_acmpne 122 (+7)
118 iconst_1
119 goto 123 (+4)
122 iconst_0
123 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
126 getstatic #3 <java/lang/System.out>
129 aload_3
130 aload 7
132 if_acmpne 139 (+7)
135 iconst_1
136 goto 140 (+4)
139 iconst_0
140 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
143 getstatic #3 <java/lang/System.out>
146 aload 5
148 aload 6
150 if_acmpne 157 (+7)
153 iconst_1
154 goto 158 (+4)
157 iconst_0
158 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
161 getstatic #3 <java/lang/System.out>
164 aload 5
166 aload 7
168 if_acmpne 175 (+7)
171 iconst_1
172 goto 176 (+4)
175 iconst_0
176 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
179 getstatic #3 <java/lang/System.out>
182 aload 6
184 aload 7
186 if_acmpne 193 (+7)
189 iconst_1
190 goto 194 (+4)
193 iconst_0
194 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
197 aload 6
199 invokevirtual #13 <java/lang/String.intern>
202 astore 8
204 getstatic #3 <java/lang/System.out>
207 aload_3
208 aload 8
210 if_acmpne 217 (+7)
213 iconst_1
214 goto 218 (+4)
217 iconst_0
218 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
221 return

4.2、字符串拼接的底层细节

字符串拼接的底层细节

代码示例 1

代码

@Test
public void test3(){String s1 = "a";String s2 = "b";String s3 = "ab";/*如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）① StringBuilder s = new StringBuilder();② s.append("a")③ s.append("b")④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer*/String s4 = s1 + s2;//"ab"System.out.println(s3 == s4);//false
}

字节码指令

 0 ldc #14 <a>2 astore_13 ldc #15 <b>5 astore_26 ldc #16 <ab>8 astore_39 new #9 <java/lang/StringBuilder>
12 dup
13 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
16 aload_1
17 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
20 aload_2
21 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
27 astore 4
29 getstatic #3 <java/lang/System.out>
32 aload_3
33 aload 4
35 if_acmpne 42 (+7)
38 iconst_1
39 goto 43 (+4)
42 iconst_0
43 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
46 return

分析拼接的步骤

new StringBuilder()

 9 new #9 <java/lang/StringBuilder>
12 dup
13 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>

加载字符串变量，进行 append 操作

16 aload_1
17 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
20 aload_2
21 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>

调用 StringBuilder 类的 toString() 方法，转换为字符串，并存储在局部变量中

24 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
27 astore 4

代码示例 2

代码

/*
1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
2. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。*/
@Test
public void test4(){final String s1 = "a";final String s2 = "b";String s3 = "ab";String s4 = s1 + s2;System.out.println(s3 == s4);//true
}

从字节码角度来看：为变量 s3 赋值时，直接使用 #16 符号引用，即字符串常量 “ab”

 0 ldc #14 <a>2 astore_13 ldc #15 <b>5 astore_26 ldc #16 <ab>8 astore_39 ldc #16 <ab>
11 astore 4
13 getstatic #3 <java/lang/System.out>
16 aload_3
17 aload 4
19 if_acmpne 26 (+7)
22 iconst_1
23 goto 27 (+4)
26 iconst_0
27 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
30 return

IDEA 反编译结果

课后练习

代码

//练习：
@Test
public void test5(){String s1 = "javaEEhadoop";String s2 = "javaEE";String s3 = s2 + "hadoop";System.out.println(s1 == s3);//falsefinal String s4 = "javaEE";//s4:常量String s5 = s4 + "hadoop";System.out.println(s1 == s5);//true}

字节码指令：ldc #8 <javaEEhadoop>（带 final 的变量在编译时就已经确定了该变量的值，当做常量来处理）

 0 ldc #8 <javaEEhadoop>2 astore_13 ldc #6 <javaEE>5 astore_26 new #9 <java/lang/StringBuilder>9 dup
10 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 aload_2
14 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
17 ldc #7 <hadoop>
19 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 astore_3
26 getstatic #3 <java/lang/System.out>
29 aload_1
30 aload_3
31 if_acmpne 38 (+7)
34 iconst_1
35 goto 39 (+4)
38 iconst_0
39 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
42 ldc #6 <javaEE>
44 astore 4
46 ldc #8 <javaEEhadoop>
48 astore 5
50 getstatic #3 <java/lang/System.out>
53 aload_1
54 aload 5
56 if_acmpne 63 (+7)
59 iconst_1
60 goto 64 (+4)
63 iconst_0
64 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
67 return

拼接操作与 append 操作的效率对比

代码

/*
体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！分析原因：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。改进的空间：在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化：StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]*/
@Test
public void test6(){long start = System.currentTimeMillis();// method1(100000);//4014method2(100000);//7long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
}public void method1(int highLevel){String src = "";for(int i = 0;i < highLevel;i++){src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String}
}public void method2(int highLevel){//只需要创建一个StringBuilderStringBuilder src = new StringBuilder();for (int i = 0; i < highLevel; i++) {src.append("a");}
}

体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！
分析原因：
1. StringBuilder的append()的方式：
- 自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
- 使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
1. 使用String的字符串拼接方式：
  - 内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；
  - 如果进行GC，需要花费额外的时间。
改进的空间：
- 在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下，建议使用构造器实例化：
- StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel); //new char[highLevel]

通过字节码分析

method1() 方法的字节码指令：
- 每次 for 循环都会创建一个 StringBuilder 对象
- 调用 StringBuilder 的 toString() 方法又会创建新的 String 对象

 0 ldc #232 astore_23 iconst_04 istore_35 iload_36 iload_17 if_icmpge 36 (+29)
10 new #9 <java/lang/StringBuilder>
13 dup
14 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
17 aload_2
18 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
21 ldc #14 <a>
23 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
26 invokevirtual #12 <java/lang/StringBuilder.toString>
29 astore_2
30 iinc 3 by 1
33 goto 5 (-28)
36 return

method2() 方法的字节码指令：

 0 new #9 <java/lang/StringBuilder>3 dup4 invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>7 astore_28 iconst_09 istore_3
10 iload_3
11 iload_1
12 if_icmpge 28 (+16)
15 aload_2
16 ldc #14 <a>
18 invokevirtual #11 <java/lang/StringBuilder.append>
21 pop
22 iinc 3 by 1
25 goto 10 (-15)
28 return

关于 StringBuilder 构造器

StringBuilder 构造器：可传入一个 int 类型的变量，用于初始化内部的 char[] 数组

public StringBuilder(int capacity) {super(capacity);
}

AbstractStringBuilder（StringBuilder 的父类）的构造器

AbstractStringBuilder(int capacity) {value = new char[capacity];
}

5、intern() 的使用

5.1、intern() 方法的说明

intern() 方法的说明

先来点逼格，看看官方文档

When the intern method is invoked, if the pool already contains a string equal to this String object as determined by the equals(Object) method, then the string from the pool is returned. Otherwise, this String object is added to the pool and a reference to this String object is returned.

It follows that for any two strings s and t, s.intern() == t.intern() is true if and only if s.equals(t) is true.

public native String intern();

关于 intern() 方法的说明

intern是一个native方法，调用的是底层C的方法
字符串池最初是空的，由String类私有地维护。在调用intern方法时，如果池中已经包含了由equals(object)方法确定的与该字符串对象相等的字符串，则返回池中的字符串。否则，该字符串对象将被添加到池中，并返回对该字符串对象的引用。
如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法：intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。比如：
```
String myInfo = new string("I love atguigu").intern();
```
也就是说，如果在任意字符串上调用String.intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必须和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同。因此，下列表达式的值必定是true
```
("a"+"b"+"c").intern()=="abc"
```
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）

5.2、new String() 的说明

new String(“ab”)会创建几个对象？

代码

/*** 题目：* new String("ab")会创建几个对象？看字节码，就知道是两个。*     一个对象是：new关键字在堆空间创建的*     另一个对象是：字符串常量池中的对象"ab"。 字节码指令：ldc** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:38*/
public class StringNewTest {public static void main(String[] args) {String str = new String("ab");}
}

字节码指令

 0 new #2 <java/lang/String>3 dup4 ldc #3 <ab>6 invokespecial #4 <java/lang/String.<init>>9 astore_1
10 return

0 new #2 <java/lang/String>：在堆中创建了一个 String 对象
4 ldc #3 <ab> ：在字符串常量池中放入 “ab”（如果之前字符串常量池中没有 “ab” 的话）

new String(“a”) + new String(“b”) 会创建几个对象？

代码

/*** 思考：* new String("a") + new String("b")呢？*  对象1：new StringBuilder()*  对象2： new String("a")*  对象3： 常量池中的"a"*  对象4： new String("b")*  对象5： 常量池中的"b"**  深入剖析： StringBuilder的toString():*      对象6 ：new String("ab")*      强调一下，toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab"** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:38*/
public class StringNewTest {public static void main(String[] args) {String str = new String("a") + new String("b");}
}

字节码指令

 0 new #2 <java/lang/StringBuilder>3 dup4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init>>7 new #4 <java/lang/String>
10 dup
11 ldc #5 <a>
13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
19 new #4 <java/lang/String>
22 dup
23 ldc #8 <b>
25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
34 astore_1
35 return

字节码指令分析：
1. 0 new #2 <java/lang/StringBuilder> ：拼接字符串会创建一个 StringBuilder 对象
2. 7 new #4 <java/lang/String> ：创建 String 对象，对应于 new String(“a”)
3. 11 ldc #5 <a> ：在字符串常量池中放入 “a”（如果之前字符串常量池中没有 “a” 的话）
4. 19 new #4 <java/lang/String> ：创建 String 对象，对应于 new String(“b”)
5. 23 ldc #8 <b> ：在字符串常量池中放入 “b”（如果之前字符串常量池中没有 “b” 的话）
6. 31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString> ：调用 StringBuilder 的 toString() 方法，会生成一个 String 对象

深入剖析 StringBuilder 的toString() 方法

toString() 方法

@Override
public String toString() {// Create a copy, don't share the arrayreturn new String(value, 0, count);
}

value 是个 char[] 数组

char[] value;

5.3、有点难的面试题

有点难的面试题

代码

/*** 如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？有两种方式：* 方式一： String s = "shkstart";//字面量定义的方式* 方式二： 调用intern()*         String s = new String("shkstart").intern();*         String s = new StringBuilder("shkstart").toString().intern();** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  18:49*/
public class StringIntern {public static void main(String[] args) {String s = new String("1");s.intern();//这方法其实没啥屌用，调用此方法之前，字符串常量池中已经存在"1"String s2 = "1";/*jdk6：false   jdk7/8：false因为 s 指向堆空间中的 "1" ，s2 指向字符创常量池中的 "1"*/System.out.println(s == s2);// 执行完下一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为：new String("11")/*如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是在常量池中记录了指向堆空间中new String("11")的地址（节省空间）*/s3.intern(); // 在字符串常量池中生成"11"。String s4 = "11";//s4变量记录的地址：使用的是上一行代码代码执行时，在常量池中生成的"11"的地址// jdk6：false  jdk7/8：trueSystem.out.println(s3 == s4);}
}

内存分析

JDK6 ：正常眼光判断即可
- new String() 即在堆中
- str.intern() 则把字符串放入常量池中

JDK7/8 ：这就有点不一样了
- new String() 即在堆中
- str.intern() 则把字符串放入常量池中，出于节省空间的目的，如果 str 不存在于字符串常量池中，则将 str 在堆中的引用存储在字符串常量池中，没错，字符串常量池中存的是 str 在堆中的引用，所以 s3 == s4 为 true

面试题的拓展

/*** StringIntern.java中练习的拓展：** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  22:10*/
public class StringIntern1 {public static void main(String[] args) {//执行完下一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")//在字符串常量池中生成对象"11"String s4 = "11";String s5 = s3.intern();// s3 是堆中的 "ab" ，s4 是字符串常量池中的 "ab"System.out.println(s3 == s4);//false// s5 是从字符串常量池中取回来的引用，当然和 s4 相等System.out.println(s5 == s4);//true}
}

5.4、intern() 方法的总结

关于 intern() 的总结

JDK1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。
1. 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
2. 如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址
JDK1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
- 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
- 如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址

5.5、intern() 方法的练习

intern() 方法的课后练习

练习 1

代码

/*** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:17*/
public class StringExer1 {public static void main(String[] args) {//在下一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")/*jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回*/String s2 = s.intern();System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:trueSystem.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true}
}

JDK 6 中：在串池中创建一个字符串"ab"

JDK 7/8 中：串池中没有创建字符串"ab"，而是创建一个引用，指向new String(“ab”)，将此引用返回

练习 2

代码

/*** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:17*/
public class StringExer1 {public static void main(String[] args) {// 在这儿加一句String x = "ab";//在下一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")/*jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回*/String s2 = s.intern();System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:trueSystem.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:false}
}

内存分析

练习 3

代码 1

/**** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:26*/
public class StringExer2 {public static void main(String[] args) {String s1 = new String("ab");//执行完以后，会在字符串常量池中会生成"ab"s1.intern();String s2 = "ab";System.out.println(s1 == s2); // false}
}

代码 2

/**** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  20:26*/
public class StringExer2 {// 对象内存地址可以使用System.identityHashCode(object)方法获取public static void main(String[] args) {String s1 = new String("a") + new String("b");//执行完以后，不会在字符串常量池中会生成"ab"System.out.println(System.identityHashCode(s1));s1.intern();System.out.println(System.identityHashCode(s1));String s2 = "ab";System.out.println(System.identityHashCode(s2));System.out.println(s1 == s2); // true}
}/* 程序运行结果216856692168566921685669true
*/

5.6、intern() 方法效率测试

intern() 的效率测试

代码

/*** 使用intern()测试执行效率：空间使用上* 结论：对于程序中大量存在存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省内存空间。** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  21:17*/
public class StringIntern2 {static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];public static void main(String[] args) {Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};long start = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {// arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));try {Thread.sleep(1000000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.gc();}
}

直接 new String ：由于每个 String 对象都是 new 出来的，所以程序需要维护大量存放在堆空间中的 String 实例，程序内存占用也会变高

使用 intern() 方法：由于数组中字符串的引用都指向字符串常量池中的字符串，所以程序需要维护的 String 对象更少，内存占用也更低

结论：

对于程序中大量使用存在的字符串时，尤其存在很多已经重复的字符串时，使用intern()方法能够节省内存空间。
大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储：北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用intern() 方法，就会很明显降低内存的大小。

6、StringTable 的垃圾回收

代码

/*** String的垃圾回收:* -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  21:27*/
public class StringGCTest {public static void main(String[] args) {for (int j = 0; j < 100000; j++) {String.valueOf(j).intern();}}
}

JVM 参数

-Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails

程序日志：
- 在 PSYoungGen 区发生了垃圾回收
- Number of entries 和 Number of literals 明显没有 100000
- 以上两点均说明 StringTable 区发生了垃圾回收

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=11487:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter13;D:\JavaTools\apache-maven-3.3.9\repository\junit\junit\4.12\junit-4.12.jar;D:\JavaTools\apache-maven-3.3.9\repository\org\hamcrest\hamcrest-core\1.3\hamcrest-core-1.3.jar" com.atguigu.java3.StringGCTest
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4096K->488K(4608K)] 4096K->716K(15872K), 0.0024275 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
HeapPSYoungGen      total 4608K, used 3883K [0x00000000ffb00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)eden space 4096K, 82% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffe50fb0,0x00000000fff00000)from space 512K, 95% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7a020,0x00000000fff80000)to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)ParOldGen       total 11264K, used 228K [0x00000000ff000000, 0x00000000ffb00000, 0x00000000ffb00000)object space 11264K, 2% used [0x00000000ff000000,0x00000000ff039010,0x00000000ffb00000)Metaspace       used 3472K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768Kclass space    used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
SymbolTable statistics:
Number of buckets       :     20011 =    160088 bytes, avg   8.000
Number of entries       :     14158 =    339792 bytes, avg  24.000
Number of literals      :     14158 =    603200 bytes, avg  42.605
Total footprint         :           =   1103080 bytes
Average bucket size     :     0.708
Variance of bucket size :     0.711
Std. dev. of bucket size:     0.843
Maximum bucket size     :         6
StringTable statistics:
Number of buckets       :     60013 =    480104 bytes, avg   8.000
Number of entries       :     62943 =   1510632 bytes, avg  24.000
Number of literals      :     62943 =   3584040 bytes, avg  56.941
Total footprint         :           =   5574776 bytes
Average bucket size     :     1.049
Variance of bucket size :     0.824
Std. dev. of bucket size:     0.908
Maximum bucket size     :         5Process finished with exit code 0

String.valueOf() 方法源码

String 类的 valueOf() 方法

public static String valueOf(int i) {return Integer.toString(i);
}

Integer.toString() 方法中执行了 new String() ，即在堆中创建了一个 String 对象

public static String toString(int i) {if (i == Integer.MIN_VALUE)return "-2147483648";int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);char[] buf = new char[size];getChars(i, size, buf);return new String(buf, true);
}

7、G1 中的 String 去重操作

官方文档

http://openjdk.java.net/jeps/192

String 去重操作的背景

背景：对许多Java应用（有大的也有小的）做的测试得出以下结果：
- 堆存活数据集合里面String对象占了25%
- 堆存活数据集合里面重复的String对象有13.5%
- String对象的平均长度是45
许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存，测试表明，在这些类型的应用里面，Java堆中存活的数据集合差不多25%是String对象。更进一步，这里面差不多一半String对象是重复的，重复的意思是说：
str1.equals(str2)= true。堆上存在重复的String对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的String对象进行去重，这样就能避免浪费内存。

String 去重的的具体实现

当垃圾收集器工作的时候，会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的String对象。
如果是，把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行，处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素，然后尝试去重它引用的String对象。
使用一个Hashtable来记录所有的被String对象使用的不重复的char数组。当去重的时候，会查这个Hashtable，来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
如果存在，String对象会被调整引用那个数组，释放对原来的数组的引用，最终会被垃圾收集器回收掉。
如果查找失败，char数组会被插入到Hashtable，这样以后的时候就可以共享这个数组了。

命令行选项

UseStringDeduplication(bool) ：开启String去重，默认是不开启的，需要手动开启。
PrintStringDeduplicationStatistics(bool) ：打印详细的去重统计信息
stringDeduplicationAgeThreshold(uintx) ：达到这个年龄的String对象被认为是去重的候选对象