JVM字符串底层实现原理介绍【java培训 】

一、什么字符串会进入字符串常量池

直接写的字面量

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)

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

package com.hgy;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class hello {
    public static void main(String[] args) {
    String a = "hello" + " world";
    }
}

在idea中查看编译后的class文件

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//
package com.hgy;
public class hello {
  public hello() {
  }
  public static void main(String[] args) {
    String a = "hello world";
  }
}

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

package com.hgy;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class hello {
  public static void main(String[] args) {
    String v = "java";
    String a = v + "hello" + " world";
    }
}

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，

ldc #2 <java> // 从字符串常量池加载java
astore_1 // 存储常量到索引为1的局部变量表中
new #3 <java/lang/StringBuilder> //给StringBuilder对象分配内存空间
dup
invokespecial #4 <java/lang/StringBuilder.<init>> //执行StringBuilder的构造方法
aload_1 //获取局部变量表索引为1的引用地址，
invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加载的内容作为参数传递给append方法
ldc #6 <hello world> // 从字符串常量池加载hello world
invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加载的内容作为参数传递给append方法
invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString> //调用toString方法
astore_2 //结果存储到局部变量表
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

@Override
public String toString() {
  // Create a copy, don't share the array
  //此处value为一个char数组【我的jdk版本为jdk8】
  return new String(value, 0, count);
}

new #80 <java/lang/String>
dup
aload_0
getfield #234 <java/lang/StringBuilder.value>
iconst_0
aload_0
getfield #233 <java/lang/StringBuilder.count>
invokespecial #291 <java/lang/String.<init>>
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;

public class hello {
  public void concatStrByDefault() {
    String basic = "name ";
      for (int i = 0; i < 100; i++) {
      basic += i;
    }
    System.out.println(basic);
  }
  public void concatStrByBuilder() {
    StringBuilder basic = new StringBuilder("name ");
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
    basic.append(i);
   }
    System.out.println(basic.toString());
  }
}

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

ldc #2 <name >
astore_1
iconst_0
istore_2
iload_2
bipush 100
if_icmpge 36 (+28)
new #3 <java/lang/StringBuilder>
dup
invokespecial #4 <java/lang/StringBuilder.<init>>
aload_1
invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append>
iload_2
invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>
invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>
astore_1
iinc 2 by 1
goto 5 (-28)
getstatic #8 <java/lang/System.out>
aload_1
invokevirtual #9 <java/io/PrintStream.println>
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

new #3 <java/lang/StringBuilder>
dup
ldc #2 <name >
invokespecial #10 <java/lang/StringBuilder.<init>>
astore_1
iconst_0
istore_2
iload_2
bipush 100
if_icmpge 30 (+15)
aload_1
iload_2
invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>
pop

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。

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