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日常总结の关于Java中的常量池技术

一.相关概念


  1. 什么是常量
    用final修饰的成员变量表示常量,值一旦给定就无法改变!
    final修饰的变量有三种:静态变量、实例变量和局部变量,分别表示三种类型的常量。

  2. Class文件中的常量池
    技术分享                                                                                                                                                          

      简单讲解一下class文件的结构,开头的4个字节是class文件魔数,用来标识这是一个class文件,说白话点就是文件头,既:CA FE BA BE。

      紧接着4个字节是java的版本号,这里的版本号是34,因为笔者是用jdk8编译的,版本号的高低和jdk版本的高低相对应,高版本可以兼容低版本,但低版本无法执行高版本。所以,如果哪天读者想知道别人的class文件是用什么jdk版本编译的,就可以看这4个字节。

         接下来就是常量池入口,入口处用2个字节标识常量池常量数量,本例中数值为00 1A,翻译成十进制是26,也就是有25个常量,其中第0个常量是特殊值,所以只有25个常量。

         常量池中存放了各种类型的常量,他们都有自己的类型,并且都有自己的存储规范,本文只关注字符串常量,字符串常量以01开头(1个字节),接着用2个字节记录字符串长度,然后就是字符串实际内容。本例中为:01 00 02 68 69。

  3. 常量池主要用于存放两大类常量:字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References),字面量相当于Java语言层面常量的概念,如文本字符串,声明为final的常量值等,符号引用则属于编译原理方面的概念,包括了如下三种类型的常量:

    • 类和接口的全限定名
    • 字段的名称和描述符
    • 方法的名称和描述符
  4. 方法区中的运行时常量池
    运行时常量池是方法区的一部分。
    CLass文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
    运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

  5. 常量池的好处
    常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能,其实现了对象的共享。
    例如字符串常量池,在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
    (1)节省内存空间:常量池中所有相同的字符串常量被合并,只占用一个空间。
    (2)节省运行时间:比较字符串时,==比equals()快。对于两个引用变量,只用==判断引用是否相等,也就可以判断实际值是否相等。

  6. 双等号==的含义
    基本数据类型之间应用双等号,比较的是他们的数值。
    封装后的基本数据类型之间应用双等号,比较的是他们在内存中的存放地址,若要比较他们的数值应该用对应的equals()方法。

二.8种基本类型的包装类和常量池


  1. java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术,
    即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean;

    Integer i1 = 40;
    Integer i2 = 40;
    System.out.println(i1==i2);//输出TRUE

     

    这5种包装类默认创建了数值[-128,127]的相应类型的缓存数据,但是超出此范围仍然会去创建新的对象。

    //jdk1.8中关于Integer包装类的缓存技术的源码
    private
    static class IntegerCache { static final int low = -128; static final int high; static final Integer cache[]; static { int h = 127; String integerCacheHighPropValue = sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high"); if (integerCacheHighPropValue != null) { try { int i = parseInt(integerCacheHighPropValue); i = Math.max(i, 127); h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1); } catch( NumberFormatException nfe) { } } high = h; cache = new Integer[(high - low) + 1]; int j = low; for(int k = 0; k < cache.length; k++) cache[k] = new Integer(j++); assert IntegerCache.high >= 127; } private IntegerCache() {} }
  2. //Integer 中valueOf方法的实现 :
    public static Integer valueOf(int i) {
         assert IntegerCache.high >= 127;
         if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
             return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
         return new Integer(i);
     }
    Integer i1 = 400;
    Integer i2 = 400;
    System.out.println(i1==i2);//输出false

     

  3. 两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术。

    Double i1=1.2;
    Double i2=1.2;
    System.out.println(i1==i2);//输出false

     

  4. 应用常量池的场景
    (1)Integer i1=40;Java在编译的时候会直接将代码封装成Integer i1=Integer.valueOf(40);,从而使用常量池中的对象。
    (2)Integer i1 = new Integer(40);这种情况下会创建新的对象。

    Integer i1 = 40;
    Integer i2 = new Integer(40);
    System.out.println(i1==i2);//输出false

     

  5. Integer比较更丰富的一个例子

    Integer i1 = 40;
    Integer i2 = 40;
    Integer i3 = 0;
    Integer i4 = new Integer(40);
    Integer i5 = new Integer(40);
    Integer i6 = new Integer(0);
    
    System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
    System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
    System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
    System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
    System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));   
    System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));
    i1=i2   true
    i1=i2+i3   true
    i1=i4   false
    i4=i5   false
    i4=i5+i6   true
    40=i5+i6   true

     

    解释:语句i4 == i5 + i6,因为+这个操作符不适用于Integer对象,首先i5和i6进行自动拆箱操作,进行数值相加,即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较,所以i4自动拆箱转为int值40,最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。
    Java中的自动装箱与拆箱

三.String类和常量池


  1. String对象创建方式

     String str1 = "abcd";
      String str2 = new String("abcd");
      System.out.println(str1==str2);//false

     

    这两种不同的创建方法是有差别的,第一种方式是在常量池中拿对象,第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。
    只要使用new方法,便需要创建新的对象。

  2. 连接表达式 +
    (1)只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。
    (2)对于所有包含new方式新建对象(包括null)的“+”连接表达式,它所产生的新对象都不会被加入字符串池中。

    String str1 = "str";
    String str2 = "ing";
    
    String str3 = "str" + "ing";
    String str4 = str1 + str2;
    System.out.println(str3 == str4);//false
    
    String str5 = "string";
    System.out.println(str3 == str5);//true

     

    java基础:字符串的拼接

    • 特例1
      public static final String A = "ab"; // 常量A
      public static final String B = "cd"; // 常量B
      public static void main(String[] args) {
      String s = A + B;  // 将两个常量用+连接对s进行初始化 
      String t = "abcd";   
      if (s == t) {   
          System.out.println("s等于t,它们是同一个对象");   
      } else {   
          System.out.println("s不等于t,它们不是同一个对象");   
      }   
      } 
      s等于t,它们是同一个对象

       

      A和B都是常量,值是固定的,因此s的值也是固定的,它在类被编译时就已经确定了。也就是说:String s=A+B; 等同于:String s="ab"+"cd";
    • 特例2
      public static final String A; // 常量A
      public static final String B;    // 常量B
      static {   
      A = "ab";   
      B = "cd";   
      }   
      public static void main(String[] args) {   
      // 将两个常量用+连接对s进行初始化   
      String s = A + B;   
      String t = "abcd";   
      if (s == t) {   
          System.out.println("s等于t,它们是同一个对象");   
      } else {   
          System.out.println("s不等于t,它们不是同一个对象");   
      }   
      } 
      s不等于t,它们不是同一个对象

       

      A和B虽然被定义为常量,但是它们都没有马上被赋值。在运算出s的值之前,他们何时被赋值,以及被赋予什么样的值,都是个变数。因此A和B在被赋值之前,性质类似于一个变量。那么s就不能在编译期被确定,而只能在运行时被创建了。
  3. String s1 = new String("xyz"); 创建了几个对象? 
    考虑类加载阶段和实际执行时。
    (1)类加载对一个类只会进行一次。"xyz"在类加载时就已经创建并驻留了(如果该类被加载之前已经有"xyz"字符串被驻留过则不需要重复创建用于驻留的"xyz"实例)。驻留的字符串是放在全局共享的字符串常量池中的。
    (2)在这段代码后续被运行的时候,"xyz"字面量对应的String实例已经固定了,不会再被重复创建。所以这段代码将常量池中的对象复制一份放到heap中,并且把heap中的这个对象的引用交给s1 持有。
    这条语句创建了2个对象。

  4. java.lang.String.intern()
    运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。
    String的intern()方法会查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有则返回该字符串的引用,如果没有则添加自己的字符串进入常量池。

    public static void main(String[] args) {    
       String s1 = new String("计算机");
       String s2 = s1.intern();
       String s3 = "计算机";
       System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
       System.out.println("s3 == s2? " + (s3 == s2));
    }
    s1 == s2? false
    s3 == s2? true

     

    1. 字符串比较更丰富的一个例子
      public class Test {
      public static void main(String[] args) {   
         String hello = "Hello", lo = "lo";
         System.out.println((hello == "Hello") + " ");
         System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
         System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
         System.out.println((hello == ("Hel"+"lo")) + " ");
         System.out.println((hello == ("Hel"+lo)) + " ");
         System.out.println(hello == ("Hel"+lo).intern());
      }   
      }
      class Other { static String hello = "Hello"; }
      package other;
      public class Other { public static String hello = "Hello"; }
      true true true true false true
      在同包同类下,引用自同一String对象.
      在同包不同类下,引用自同一String对象.
      在不同包不同类下,依然引用自同一String对象.
      在编译成.class时能够识别为同一字符串的,自动优化成常量,引用自同一String对象.                                                                                                                                                                                                                                                                                         

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