深刻分析String.intern和String常量的实现原理

背景

字符串类型在实际应用场景中使用很是频繁，若是为每一个字符串常量都生成一个对应的String对象，明显会形成内存的浪费，针对这一问题，虚拟机实现一个字符串常量池的概念，提供了以下实现：
一、同一个字符串常量，在常量池只有一份副本；
二、经过双引号声明的字符串，直接保存在常量池中；
三、若是是String对象，能够经过String.intern方法，把字符串常量保存到常量池中；

本文JVM源码版本 openjdk-7-fcs-src-b147-27

疑惑

 

 

在不一样环境执行上述代码，会获得不一样的结果，为何？
一、JDK1.6的结果：false false
二、JDK1.7的结果：true false

解惑

其中String.intern在java中是native方法，JDK1.7的注释以下：

 

 

 

一、执行intern方法时，若是常量池中存在和String对象相同的字符串，则返回常量池中对应字符串的引用；
二、若是常量池中不存在对应的字符串，则添加该字符串到常量中，并返回字符串引用；

HotSpot1.6实现

常量池的内存在永久代进行分配，永久代和Java堆的内存是物理隔离的，执行intern方法时，若是常量池不存在该字符串，虚拟机会在常量池中复制该字符串，并返回引用，使用intern方法时须要谨慎，避免常量池中字符串过多，致使性能变慢，甚至发生PermGen内存溢出。

 

 

显然s.intern() == s不可能成立.

HotSpot1.7实现

intern方法的HotSpot实现入口位于openjdk\jdk\src\share\native\java\lang\String.c文件中：

 

 

其中JVM_InternString声明位于openjdk\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp文件中：

 

 

String.intern最终经过StringTable.intern方法实现，其中StringTable是HotSpot字符串常量池的具体实现，1.7的常量池已经在Java堆上分配内存。

常量池的初始化

常量池的实现很是简单，相似JDK中的HashMap，其中StringTable的声明位于symbolTable.hpp文件中：

 

 

 

StringTable最终继承了BasicHashtable，经过构造方法参数指定常量池的大小StringTableSize，默认为1009，StringTableSize定义在globals.hpp文件中：

 

 

不过在Java7u40版本以后StringTableSize扩大到了60013，能够经过-XX:StringTableSize = 10009设置StringTable大小，经过-XX:+PrintFlagsFinal打印虚拟机的Global flags参数，能够得到当前StringTable的大小。

BasicHashtable实现

 

 

一、initialize方法初始化常量池的基本值：_table_size、_entry_size等；
二、NEW_C_HEAP_ARRAY方法在堆上分配HashtableBucket；
三、清空StringTable中的HashtableBucket数据；

StringTable.intern实现

 

 

一、其中参数string_or_null为指向原字符串的句柄，name是String对象中字符数组的拷贝、len为字符数组的长度；
二、java_lang_String::hash_string方法计算出字符串的hash值，实现以下：

 

 

三、BasicHashtable.hash_to_index方法计算出该hash值在StringTable中桶的位置index，实现以下：

 

 

四、StringTable::lookup方法判断StringTable指定位置的桶中是否存在相等的字符串，实现以下：

 

 

lookup方法经过遍历HashtableEntry链表，若是找到对应的hash值，且字符串值也相等，说明StringTable中已经存在该字符串，则返回该字符串引用，不然返回NULL；
五、若是StringTable不存在该字符串，则经过StringTable::basic_add方法添加字符串引用到StringTable，实现以下：

 

 

 

basic_add方法中的条件判断!string_or_null.is_null()为true，!JavaObjectsInPerm为true，因此并不会进行字符串的复制，而是经过HashtableEntry对象封装原字符串的hash值和指向源字符串的句柄，添加到StringTable对应bucket的链表中，并返回指向原字符串句柄；其中变量JavaObjectsInPerm默认为false，定义以下：

 

 

 

经过上述分析：HotSpot1.7实现的常量池在java堆上分配内存，执行intern方法时，若是常量池已经存在相等的字符串，则直接返回字符串引用，不然复制该字符串引用到常量池中并返回；

 

 

一、对于变量s1，常量池中不存在"StringTest"，因此s1.intern()和 s1都是指向Java堆上的String对象；
二、对于变量s2，常量池中一开始就已经存在"java"字符串，s2.intern()方法返回的是另一个"java"字符串对象，因此s2.intern()和s2指向的并不是同一个对象；

字符串常量如何实现？

相似String s = "hello java"的字符串常量声明，在HotSpot中是如何实现的呢？

 

 

其中字符串常量"hello java"会在编译过程当中被保存在class文件的Constant pool数据结构中，以下是编译字节码实现：

 

 

String s = "hello java"对应了两条字节码实现：
一、ldc #2
二、astore_1

其中ldc指令的实如今interpreterRuntime.cpp文件中，实现以下：

 

 

ldc指令中会根据获取的常量类型进行不一样操做，因为目前是字符串常量，从而调用pool->string_at(index, CHECK)逻辑，实现以下：

 

 

其中h_this是指向当前constantPoolOop实例的句柄，最后调用string_at_impl方法：

 

 

字符串常量一开始以Symbol类型表示，最终经过StringTable::intern方法生成字符串对象，并把字符串的真实引用更新到constantPool中，这样下次执行ldc指令时能够直接返回对象引用。