在Java虚拟机中，字符串常量到底存放在哪

前言

前阵子和朋友讨论一个问题：

字符串常量归常量池管理，那好比 String str = "abc"; 
"abc"这个对象是放在内存中的哪一个位置，是字符串常量池中仍是堆？

”这句代码的abc固然在常量池中，只有new String("abc")这个对象才在堆中建立“，他们大概是这么回答。

“abc”这个东西，是放在常量池中，这个答案是错误的。

字符串“abc"的本体、实例，应该是存在于Java堆中。

可能还真的有部分同窗对这个知识点不熟悉，今天和你们聊聊字符串这个问题 ~

初学Java时，学到字符串这一部分，有一段代码

String str1 = "hello";
String str2 = new String("hello");

书上的解释是：执行第一行的时候，已经把"hello"字符串放到了常量池中，执行第二行代码时，会将常量池中已经存在的"hello"复制一份到堆内存中，建立一个的新的String对象。虽然值同样，但他们是不一样的对象。

当时看完这个解释，我产生了不少疑惑。由于在此以前已经知道字符串的底层是char数组实现的。我很疑惑：

• 他copy一份过去，是copy了char数组呢？
• 仍是copy整个String对象？
• "hello" 这个对象实例真的存放在常量池中吗？

当时在网上搜了一些文章和答案，各有说辞，大部分回答都是 "str" 这个对象在常量池中，但也有认为字符串常量实例（或叫对象）是在堆中建立，只是将其引用放到字符串常量池中，交给常量池管理。

JAVA内存区域 — 运行时数据区

理清这个问题前，须要梳理一下前置知识。

从一个经典的示意图讲起，以hotspot虚拟机为例，此内存模型需创建在JDK1.7以前的版原本讨论，JDK1.7以后有所改变，可是原理仍是同样的。

Java虚拟机管理的内存是运行时数据区那一部分，简单归纳一下其中各个区域的区别：

• 虚拟机栈：线程私有，生命周期与线程相同，即每条线程都一个独立的栈（VM Stack）。每一个方法执行时都会建立一个栈帧，也就是说，当有一条线程执行了多个方法时，就会有一个栈，栈中有多个栈帧。
• 本地方法栈：线程私有
• 程序计数器：线程私有
• 堆Heap：线程共享，是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动时建立。此内存区域的惟一目的就是存放对象实例，几乎全部的对象实例都在这里分配内存。在Java虚拟机规范中的描述是：全部的对象实例以及数组都要在堆上分配。 （原文：The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated） 但有特殊状况，随着JIT编译器的发展，逃逸分析和标量替换技术的逐渐成熟，对象也能够在栈上分配。另外，虽然说堆是线程共享，但其中也能够划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。
• 方法区：线程共享，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

JAVA的三种常量池

此外，Java有三种常量池，即字符串常量池（又叫全局字符串池）、class文件常量池、运行时常量池。

​ （图一）

1. 字符串常量池（也叫全局字符串池、string pool、string literal pool）

字符串常量池在每一个VM中只有一份，他在内存中的位置如图，红色箭头所指向的区域 Interned Strings

2. 运行时常量池（runtime constant pool）

当程序运行到某个类时，class文件中的信息就会被解析到内存的方法区里的运行时常量池中。看图可清晰感知到每个类被加载进来都会产生一个运行时常量池，由此可知，每一个类都有一个运行时常量池。它在内存中的位置如图，蓝色箭头所指向的区域，方法区中的Class Date中的运行时常量池（Run-Time Constant Pool）

​ （图二）

3. class文件常量池（class constant pool）

class常量池是在编译后每一个class文件都有的，class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是 常量池（constant pool table），用于存放编译器生成的各类字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。字面量就是咱们所说的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。他在class文件中的位置如上图所示，Constant Pool 中。

我的理解

public static void main(String[] args) {
    String str = "hello";
}

回到一开始说到的这句代码，能够来总结一下它的执行过程了。

1. 首先，字面量 "hello" 在编译期，就会被记录在 class文件的 class常量池中。
2. 而当 class文件被加载到内存中后，JVM就会将 class常量池中的大部份内容存放到运行时常量池中，可是字符串 "hello" 的本体（对象）和其余全部对象同样，是会在堆中建立，再将引用放到字符串常量池，也就是图一的 Interned Strings的位置。（RednaxelaFX 的文章里，测试结果是在新生代的Eden区。但由于一直有一个引用驻留在字符串常量池，因此不会被GC清理掉）
3. 而到了String str = "hello" 这步，JVM会去字符串常量池中找，若是找到了，JVM会在栈中的局部变量表里建立str变量，而后把字符串常量池中的（hello 对象的）引用复制给 str 变量。

在《深刻理解Java虚拟机》这本书中也有字符串相关的解释，举其中几个例子：

例子1

（原文）运行时常量池（Runtime Constant Pool）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（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各类字面量和符号引用， 这部份内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

最后一句描述不太准确，编译期生成的各类字面量并非所有进入方法区的运行时常量池中。字符串字面量就不进入运行时常量池，而是在堆中建立了对象，再将引用驻留到字符串常量池中。

例子2

代码清单2-7　String.intern（）返回引用的测试

public class RuntimeConstantPoolOOM{

    public static void main（String[]args）{
        String str1=new StringBuilder（"计算机"）.append（"软件"）.toString（）；
        System.out.println（str1.intern（）==str1）；
        String str2=new StringBuilder（"ja"）.append（"va"）.toString（）；
        System.out.println（str2.intern（）==str2）；
    }
}

（原文）这段代码在JDK 1.6中运行，会获得两个false，而在JDK 1.7中运行，会获得一个true和一个false。产生差别的缘由是：在JDK 1.6中，intern（）方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由StringBuilder建立的字符串实例在Java堆上，因此必然不是同一个引用，将返回false。而JDK 1.7（以及部分其余虚拟机，例如JRockit）的intern（）实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，所以intern（）返回的引用和由StringBuilder建立的那个字符串实例是同一个。对str2比较返回false是由于 “java” 这个字符串在执行StringBuilder.toString（）以前已经出现过，字符串常量池中已经有它的引用了，不符合“首次出现”的原则，而“计算机软件”这个字符串则是首次出现的，所以返回true。

原文解释也不太准确，我以为在 JDK 1.6中，intern（）并不会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，而是会将实例再复制一份到堆（heap）中，而后将其引用放入字符串常量池中进行管理，因此此代码返回false。而JDK1.7中的intern（）不会再复制实例，直接将首次遇到的此字符串实例的引用，放入字符串常量池，因而返回true。关于此观点，还没看到大神文章实锤，欢迎讨论。

最后再延伸一点，你们都知道，字符串的value是final修饰的char数组，那么如下这段代码：

// private final char value[];
String str1 = "hello world";
String str2 = new String("hello world");
String str3 = new String("hello world");

str一、str二、str3 三个变量所指向的都是不一样的对象。（str1 != str2 != str3）

那么，这三个对象里的char数组是不是同一个数组？相信你们都有答案了。

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此文所讨论的Java内存模型是创建在JDK1.7以前。JDK 7开始 Hotspot 虚拟机把字符串常量池（Interned String位置）从永久代（PermGen）挪到Heap堆，JDK 8又完全取消 PermGen，把诸如klass之类的元数据都挪到GC堆以外管理。但无论怎样，基本原理仍是不变的，字面量 ”hello“ 等依旧不是放在 Interned String 中。

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  做者：RednaxelaFX，曾为《深刻理解Java虚拟机》提推荐语

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隆鹏

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