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JVM字符串底层实现原理是什么?【Java培训】

更新时间:2020年10月28日17时26分 来源:黑马程序员 浏览次数:

一、什么字符串会进入字符串常量池

  1. 直接写的字面量

  2. 字面量的拼接结果(注意:如果字符串拼接中有变量则结果不会进入字符串常量池)

  3. 调用String的intern方法可以将String存入字符串常量池

二、字面量的拼接原理

有如下示列代码

  1. package com.hgy;
  2. import java.util.Arrays;
  3. import java.util.List;
  4. public class hello {
  5. public static void main(String[] args) {
  6. String a = "hello" + " world";
  7. }
  8. }
  • 在idea中查看编译后的class文件

    1. //
    2. // Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
    3. // (powered by Fernflower decompiler)
    4. //
    5. package com.hgy;
    6. public class hello {
    7. public hello() {
    8. }
    9. public static void main(String[] args) {
    10. String a = "hello world";
    11. }
    12. }

结论:
以上面两个文件我们可以看出,这种字符串的拼接在编译期间就已经优化了,直接就合并为一个字符串;并且这个字符串存放在字符串常量池。

3. 字符串和变量拼接原理

java源码

  1. package com.hgy;
  2. import java.util.Arrays;
  3. import java.util.List;
  4. public class hello {
  5. public static void main(String[] args) {
  6. String v = "java";
  7. String a = v + "hello" + " world";
  8. }
  9. }
  • 利用jclasslib查看main方法的字节码命令
    ·如果一下名词不明白请阅读请自行了解学习java虚拟机栈
    ·我们可以发现就简单的两行代码,产生了这么多的字节码命令;在代码中我简单解释了每一行的作用,
  1. ldc #2 <java> // 从字符串常量池加载java
  2. astore_1 // 存储常量到索引为1的局部变量表中
  3. new #3 <java/lang/StringBuilder> //给StringBuilder对象分配内存空间
  4. dup
  5. invokespecial #4 <java/lang/StringBuilder.<init>> //执行StringBuilder的构造方法
  6. aload_1 //获取局部变量表索引为1的引用地址,
  7. invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加载的内容作为参数传递给append方法
  8. ldc #6 <hello world> // 从字符串常量池加载hello world
  9. invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加载的内容作为参数
  10. 传递给append方法
  11. invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString> //调用toString方法
  12. astore_2 //结果存储到局部变量表
  13. return
  • 以上内容我们可以知道字符串拼接实际上就是创建了一个StringBuilder对象然后向里面append内容,最后调用toString方法获得结果

3.1 为什么结果没有存储在常量池

从上述字节码指令已经知道了字符串拼接结果是StringBuilder的toString方法的结果,那么toString里面具体做了什么事情,又是为什么结果不在常量池?
以下是StringBuilder.toString的源码以及字节码指令

  1. @Override
  2. public String toString() {
  3. // Create a copy, don't share the array
  4. //此处value为一个char数组【我的jdk版本为jdk8】
  5. return new String(value, 0, count);
  6. }
  1. new #80 <java/lang/String>
  2. dup
  3. aload_0
  4. getfield #234 <java/lang/StringBuilder.value>
  5. iconst_0
  6. aload_0
  7. getfield #233 <java/lang/StringBuilder.count>
  8. invokespecial #291 <java/lang/String.<init>>
  9. areturn

以上代码可以很好的解释实际上最终是调用了String的构造方法传入一个char数组,那么最终的结果肯定也就在咱么的堆空间。

4. 为什么字符串拼接效率低

4.1. 源码准备
首先编写两个方法一个使用字符串拼接,一个使用StringBuilder进行拼接;

  1. public class hello {
  2. public void concatStrByDefault() {
  3. String basic = "name ";
  4. for (int i = 0; i < 100; i++) {
  5. basic += i;
  6. }
  7. System.out.println(basic);
  8. }
  9. public void concatStrByBuilder() {
  10. StringBuilder basic = new StringBuilder("name ");
  11. for (int i = 0; i < 100; i++) {
  12. basic.append(i);
  13. }
  14. System.out.println(basic.toString());
  15. }
  16. }

4.2.字节码指令层面解析

一上代码的执行时间长短我就不在重复测试了相信大家都会,接下来我们来一起看看这两个方法字节码指令

concatStrByDefault方法的字节码指令如下

简单解释下循环是在33行的goto指令调到第5行这样不断循环;并且在11行也就是循环中不断的通过new创建了StringBuilder对象,也就是循环了多少次就创建了多少个StringBuilder对象,并且如果大家看了我之前写字符串拼接原理,在StringBuilder的toString方法中还new了一个String对象;这里这么多对象的创建就必然需要垃圾回收效率自然就低了

  1. ldc #2 <name >
  2. astore_1
  3. iconst_0
  4. istore_2
  5. iload_2
  6. bipush 100
  7. if_icmpge 36 (+28)
  8. new #3 <java/lang/StringBuilder>
  9. dup
  10. invokespecial #4 <java/lang/StringBuilder.<init>>
  11. aload_1
  12. invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append>
  13. iload_2
  14. invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>
  15. invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>
  16. astore_1
  17. iinc 2 by 1
  18. goto 5 (-28)
  19. getstatic #8 <java/lang/System.out>
  20. aload_1
  21. invokevirtual #9 <java/io/PrintStream.println>
  22. return

concatStrByBuilder方法的字节码指令

此处循环在27行的goto指令跳到12行,并且循环之间是没有创建新对象的,紧紧只是调用了append方法,这里就能很明显的看出这种方式比普通拼接少创建了很多的对象

  1. new #3 <java/lang/StringBuilder>
  2. dup
  3. ldc #2 <name >
  4. invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
  5. astore_1
  6. iconst_0
  7. istore_2
  8. iload_2
  9. bipush 100
  10. if_icmpge 30 (+15)
  11. aload_1
  12. iload_2
  13. invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>
  14. pop
  15. iinc 2 by 1
  16. goto 12 (-15)
  17. getstatic #8 <java/lang/System.out>
  18. aload_1
  19. invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>
  20. invokevirtual #9 <java/io/PrintStream.println>
  21. return

4.3. 总结

拼接效率低的主要原因也就是每一次拼接都创建了一个StringBuilder对象,并且在赋值是又需要调用toString方法,而toString方法的实现里面有new了一个String对象,所以拼接的效率很低。