JVM字符串底層實(shí)現(xiàn)原理介紹【java培訓(xùn) 】

一、什么字符串會進(jìn)入字符串常量池

直接寫的字面量

字面量的拼接結(jié)果(注意：如果字符串拼接中有變量則結(jié)果不會進(jìn)入字符串常量池)

調(diào)用String的intern方法可以將String存入字符串常量池

二、字面量的拼接原理

有如下示列代碼

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中查看編譯后的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";
  }
}

結(jié)論：

以上面兩個(gè)文件我們可以看出，這種字符串的拼接在編譯期間就已經(jīng)優(yōu)化了，直接就合并為一個(gè)字符串;并且這個(gè)字符串存放在字符串常量池。

3. 字符串和變量拼接原理

java源碼

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方法的字節(jié)碼命令

·如果一下名詞不明白請閱讀請自行了解學(xué)習(xí)java虛擬機(jī)棧

·我們可以發(fā)現(xiàn)就簡單的兩行代碼，產(chǎn)生了這么多的字節(jié)碼命令;在代碼中我簡單解釋了每一行的作用，

ldc #2 <java> // 從字符串常量池加載java
astore_1 // 存儲常量到索引為1的局部變量表中
new #3 <java/lang/StringBuilder> //給StringBuilder對象分配內(nèi)存空間
dup
invokespecial #4 <java/lang/StringBuilder.<init>> //執(zhí)行StringBuilder的構(gòu)造方法
aload_1 //獲取局部變量表索引為1的引用地址，
invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加載的內(nèi)容作為參數(shù)傳遞給append方法
ldc #6 <hello world> // 從字符串常量池加載hello world
invokevirtual #5 <java/lang/StringBuilder.append> //把上面加載的內(nèi)容作為參數(shù)傳遞給append方法
invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString> //調(diào)用toString方法
astore_2 //結(jié)果存儲到局部變量表
return

以上內(nèi)容我們可以知道字符串拼接實(shí)際上就是創(chuàng)建了一個(gè)StringBuilder對象然后向里面append內(nèi)容，最后調(diào)用toString方法獲得結(jié)果

3.1 為什么結(jié)果沒有存儲在常量池

從上述字節(jié)碼指令已經(jīng)知道了字符串拼接結(jié)果是StringBuilder的toString方法的結(jié)果，那么toString里面具體做了什么事情，又是為什么結(jié)果不在常量池?

以下是StringBuilder.toString的源碼以及字節(jié)碼指令

@Override
public String toString() {
  // Create a copy, don't share the array
  //此處value為一個(gè)char數(shù)組【我的jdk版本為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

以上代碼可以很好的解釋實(shí)際上最終是調(diào)用了String的構(gòu)造方法傳入一個(gè)char數(shù)組，那么最終的結(jié)果肯定也就在咱么的堆空間。

4. 為什么字符串拼接效率低

4.1. 源碼準(zhǔn)備

首先編寫兩個(gè)方法一個(gè)使用字符串拼接，一個(gè)使用StringBuilder進(jìn)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.字節(jié)碼指令層面解析

一上代碼的執(zhí)行時(shí)間長短我就不在重復(fù)測試了相信大家都會，接下來我們來一起看看這兩個(gè)方法字節(jié)碼指令

concatStrByDefault方法的字節(jié)碼指令如下

簡單解釋下循環(huán)是在33行的goto指令調(diào)到第5行這樣不斷循環(huán);并且在11行也就是循環(huán)中不斷的通過new創(chuàng)建了StringBuilder對象，也就是循環(huán)了多少次就創(chuàng)建了多少個(gè)StringBuilder對象，并且如果大家看了我之前寫字符串拼接原理，在StringBuilder的toString方法中還new了一個(gè)String對象;這里這么多對象的創(chuàng)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方法的字節(jié)碼指令

此處循環(huán)在27行的goto指令跳到12行，并且循環(huán)之間是沒有創(chuàng)建新對象的，緊緊只是調(diào)用了append方法，這里就能很明顯的看出這種方式比普通拼接少創(chuàng)建了很多的對象

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. 總結(jié)

拼接效率低的主要原因也就是每一次拼接都創(chuàng)建了一個(gè)StringBuilder對象，并且在賦值是又需要調(diào)用toString方法，而toString方法的實(shí)現(xiàn)里面有new了一個(gè)String對象，所以拼接的效率很低。

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