Java 中的字符串常量池和运行时常量池

Java 中的字符串常量池和运行时常量池

1. 字符串常量池（String Constant Pool）

定义

字符串常量池是 JVM 内存中专门用于存储字符串字面量和通过 intern() 方法加入的字符串对象的区域。它的目的是避免重复创建相同的字符串对象，以节省内存，并提高性能。

如何工作

• 每当遇到一个字符串字面量（如 "Hello"），JVM 会首先检查这个字符串是否已经存在于字符串常量池中。如果已存在，它就返回该字符串的引用；如果不存在，它就将这个字符串加入常量池，并返回该字符串的引用。
• 由于字符串是不可变的，JVM 通过这种方式共享字符串对象，避免了大量相同内容字符串的冗余存储。

示例

public class StringConstantPool {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello"; // 字符串字面量
        String str2 = "Hello"; // 字符串字面量

        System.out.println(str1 == str2); // 输出 true
    }
}

解释

• str1 和 str2 都是 "Hello" 字符串字面量，在字符串常量池中只有一个 "Hello" 字符串对象，因此它们指向同一个内存地址。str1 == str2 返回 true，说明它们是同一个对象。

使用 intern() 方法

• 如果字符串是通过 new 关键字创建的，它并不会直接进入字符串常量池，而是新创建一个对象。但你可以通过 intern() 方法显式将其添加到常量池中。

示例

public class StringInternExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("Hello");
        String str2 = str1.intern(); // 将字符串 "Hello" 添加到常量池

        String str3 = "Hello"; // 直接从常量池中获取 "Hello"

        System.out.println(str1 == str2); // 输出 false，str1 是通过 new 创建的
        System.out.println(str2 == str3); // 输出 true，str2 和 str3 都指向常量池中的 "Hello"
    }
}

解释

• str1 是通过 new 创建的，因此它指向堆内存中的对象，而不是字符串常量池中的对象。
• str2 调用了 intern()，它将 "Hello" 加入常量池，并返回池中的引用，因此 str2 和 str3 指向相同的对象。

1. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

定义：

每个 .class 文件中都包含了一个常量池，它存储了类中的各种符号引用，包括类名、字段名、方法名、接口名等。类加载时，JVM 会解析这些符号引用，将其转化为实际的内存地址（直接引用）。

如何工作：

• 常量池包含：常量池不仅包含字符串常量，还包括类、字段、方法等符号引用。
• 在类加载时，常量池中的符号引用会被替换为直接引用，这些直接引用指向内存中的具体对象或方法等。
  
  示例：

public class RuntimeConstantPool {
    public static final String CONSTANT = "Hello, World"; // 存储在运行时常量池

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(CONSTANT); // 直接使用运行时常量池中的常量
    }
}

解释

• CONSTANT 被标记为 final，它是一个编译时常量，并会被存储在类的运行时常量池中。
• 当程序执行时，常量 CONSTANT 会被直接引用，并打印出 "Hello, World"。

常量池中符号引用的解析

• 符号引用：指的是在类文件中记录的引用，如方法名、字段名等。
• 解析过程：当类加载时，JVM 会将这些符号引用解析为实际的内存地址，称为直接引用。

示例

public class SymbolicReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Class<?> clazz = String.class; // 符号引用：类名
        System.out.println(clazz.getName()); // 解析：打印类名
    }
}

解释

• clazz 是一个符号引用，表示 String.class 类，JVM 在类加载过程中会解析这个符号引用，并将其转化为直接引用，从而获得类的内存地址。

3. 字符串常量池与运行时常量池的关系

• 字符串常量池是运行时常量池的一部分，专门存储字符串字面量。在类加载过程中，所有的字符串字面量都会被存储在字符串常量池中，并可以共享使用。
• 运行时常量池包含了更多类型的常量，不仅仅是字符串，还包括其他类、方法、字段等的符号引用。

public class ConstantPoolExample {
    public static final String STR_CONSTANT = "Hello";
    public static final int NUM_CONSTANT = 100;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(STR_CONSTANT); // 来自字符串常量池
        System.out.println(NUM_CONSTANT); // 来自运行时常量池
    }
}

解释

• STR_CONSTANT 存储在字符串常量池中。
• NUM_CONSTANT 存储在类的运行时常量池中。
• 两者都在类的加载过程中被解析，分别对应各自的常量池区域。

总结

• 字符串常量池：只用于存储字符串字面量和 intern() 添加的字符串对象，避免重复创建相同的字符串对象，提高内存使用效率。
• 运行时常量池：存储类中的各种常量和符号引用，包含了字符串字面量、类名、字段名、方法名等。在类加载时，JVM 将这些符号引用解析为直接引用。
• 优化内存和性能：通过共享常量池中的常量，JVM 避免了大量重复的对象创建，从而节省内存，提升了性能。