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JVM专家权威分析字符串常量池(二)原创

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哈喽,我是子牙。十余年技术生涯,一路披荆斩棘从技术小白到技术总监到JVM专家到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核。特别喜欢研究虚拟机底层实现,对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核,很硬的那种。

 

手撸过JVM、内存池、垃圾回收算法、synchronized、线程池、NIO、三色标记算法…

这篇文章是谈字符串常量池的第二篇。如果上一篇你还没看,建议先回去看一下,再来看本篇 传送门

本篇文章的节奏会这样展开:首先会讲到两段Java代码创建的字符串在JVM中的存在形式,把涉及到的相关名词给大家介绍清楚。然后再引申到字符串常量池,即StringTable,详细介绍它的相关机制。最后引出上篇文章讲到的SymbolTable,把这两个Table之间的关系,及它们与常量池缓存之间的关系给大家介绍清楚。

开始…

01

String类

 

在讲硬核内容之前,我们先练个基本功:深入理解String类

这里面有两个点需要关注一下:

  1. 存储字符串内容用的是char数组

  2. 构造函数给value赋值用的是等于号,不是调用copy之类的函数,意味着两个String用的是同一个char数组,即两个String对象,字符串内容指向的是同一个

用的同一个char数组,字符串内容指向的是同一个,可能不太好理解,后面会讲到,带着这个疑问往后看吧。

练完了基本功,再来看下一个字符串在JVM中是如何存储的,看图

先不要管这个是什么样的Java代码生成的,后面会详细讲到。我们先来就这个图把相关名词解释一下,不然后面的内容就把诸位劝退了。

一个Java代码级别的字符串,在JVM中会创建两个C++对象:一个是new String对应的oop,还有一个是char数组对应的typeArrayOop。

不理解oop?你得在大脑中切换环境:new String是Java级别的对象,oop就是Java级别的对象在JVM中的存在形式。普通Java对象对应的就是oop对象,引用类型的数组对应的C++对象就是typeArrayOop。瓦特,还不理解?那你可以百度搜:oop klass

这一PA属于铺垫知识,接下来开始硬核干货…

02

字符串如何存储

看下这两段Java代码创建的字符串在JVM中是如何存储的

String s1 = "ziya"

其实上一PA的图就是这段Java代码创建的字符串在JVM中的存在形式,就不多解释了

JVM怎么知道要这么处理呢?当JVM执行到ldc指令就会这样处理。

拓展一点,不细究:ldc指令是在编译时生成的,在link的rewrite阶段会重写为Hotspot特有的fast_ldc指令。这就是为什么有些小伙伴在debug Hotspot源码的时候在ldc指令对应的执行流下段却debug不到的原因。

new String("ziya")

上面有说到两个String对象共用一个char数组,看这张图是不是就能理解了

这里面为什么会有两个String对象呢:new创建了一个String对象,ldc创建了一个String对象

这时候就有人要问了:你怎么证明呢?教你一招:IDEA debug窗口,打开这个

然后debug就可以看到JVM中创建了多少对象

03

为什么相等?为什么不相等?

先看这道面试题

大家先别往下滑,先自己想一想:为什么s1、s2是相等的,s3、s4是不相等的?

这里顺便说下==与equals的区别:==的意思是比较的两个字符串指向的是JVM中的同一个字符串,即内存地址相同。equals是比较的两个字符串的内容是否一样,在JVM中可能是不同的字符串。

我贴一张图,你马上就有结果了

当这四段创建字符串的Java代码执行完,在JVM中创建的对象是这样子的!可能跟你想象的不一样,少创建了很多对象。研究过的小伙伴就猜到了,是因为字符串常量池。

引入字符串常量池以后,创建字符串的流程是这样子的:先根据字符串,比如[ziya],去StringTable中查找有没有,如果有,对于s1、s2,直接返回。对于s3、s4,调用String的构造函数,完成String对象的创建。所以s1、s2相等,new String之类的代码,永远不可能相等!

如果StringTable中没有呢?将String对象保存到字符串常量池中。这里需要注意一下:字符串常量池底层也是hashtable,即用到的数据结构是上一篇说到的数组+链表,它的链表节点不是String对象,而是将String对象封装成HashtableEntry对象。我在图中没有体现这一点,因为图实在画不下了,但是大家要清楚这点。

04

与SymbolTable的关系

接下来说说StringTable与SymbolTable之间的关系

大家是否看到了一个熟悉的身影:intern!

这段代码是做什么呢?去运行时常量池缓存中去找String对象,找到了直接返回;如果没找到,就找字符串对应的Symbol对象,然后调用intern将Symbol对象转成String对象,并封装成HashtableEntry对象写入常量池。

本文篇幅已经够长,intern的底层实现留到下篇吧。SymbolTable与StringTable的细枝末节,都在intern函数中

 

想一想

顺便带个面试题吧

想想为什么?

瓦特?[子牙真帅]与[子牙真帅]不相等,是因为这句话本身就是谎言?

 

题外话

你好,我是子牙。十余年技术生涯,一路披荆斩棘从小白到技术总监到大厂中间件到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核及特别喜欢研究虚拟机底层实现,对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核,很硬的那种。不考虑交个朋友吗?关注硬核子牙:

 

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子牙_公号硬核子牙

对编程语言的设计与实现有浓厚兴趣。聚焦Hotspot源码、Linux内核研究,硬核干货分享

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