java 常量池靜態(tài)變量詳解

　　Java中的常量池，實(shí)際上分為兩種形態(tài)：靜態(tài)常量池和運(yùn)行時(shí)常量池。

　　所謂靜態(tài)常量池，即*.class文件中的常量池，class文件中的常量池不僅僅包含字符串（數(shù)字）字面量，還包含類、方法的信息，占用class文件絕大部分空間。

　　而運(yùn)行時(shí)常量池，則是jvm虛擬機(jī)在完成類裝載操作后，將class文件中的常量池載入到內(nèi)存中，并保存在方法區(qū)中，我們常說的常量池，就是指方法區(qū)中的運(yùn)行時(shí)常量池。

　　接下來我們引用一些網(wǎng)絡(luò)上流行的常量池例子，然后借以講解。

　　Strings1 = “Hello”; Strings2 = “Hello”; Strings3 = “Hel”+ “l(fā)o”; Strings4 = “Hel”+ newString（“l(fā)o”）; Strings5 = newString（ “Hello”）; Strings6 = s5.intern（）; Strings7 = “H”; Strings8 =“ello”; Strings9 = s7 + s8; System.out.println（s1 == s2）; // trueSystem.out.println（s1 == s3）;// trueSystem.out.println（s1 == s4）; // falseSystem.out.println（s1 == s9）; // falseSystem.out.println（s4 == s5）; // falseSystem.out.println（s1 == s6）; // trueJava學(xué)習(xí)交流QQ群： 589809992我們一起學(xué)Java！

　　首先說明一點(diǎn)，在java 中，直接使用==操作符，比較的是兩個(gè)字符串的引用地址，并不是比較內(nèi)容，比較內(nèi)容請(qǐng)用String.equals（）。

　　s1 == s2這個(gè)非常好理解，s1、s2在賦值時(shí)，均使用的字符串字面量，說白話點(diǎn)，就是直接把字符串寫死，在編譯期間，這種字面量會(huì)直接放入class文件的常量池中，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)用，載入運(yùn)行時(shí)常量池后，s1、s2指向的是同一個(gè)內(nèi)存地址，所以相等。

　　s1 == s3這個(gè)地方有個(gè)坑，s3雖然是動(dòng)態(tài)拼接出來的字符串，但是所有參與拼接的部分都是已知的字面量，在編譯期間，這種拼接會(huì)被優(yōu)化，編譯器直接幫你拼好，因此String s3 = “Hel” + “l(fā)o”;在class文件中被優(yōu)化成String s3 = “Hello”;，所以s1 == s3成立。

　　s1 == s4當(dāng)然不相等，s4雖然也是拼接出來的，但new String（“l(fā)o”）這部分不是已知字面量，是一個(gè)不可預(yù)料的部分，編譯器不會(huì)優(yōu)化，必須等到運(yùn)行時(shí)才可以確定結(jié)果，結(jié)合字符串不變定理，鬼知道s4被分配到哪去了，所以地址肯定不同。配上一張簡(jiǎn)圖理清思路：

　　s1 == s9也不相等，道理差不多，雖然s7、s8在賦值的時(shí)候使用的字符串字面量，但是拼接成s9的時(shí)候，s7、s8作為兩個(gè)變量，都是不可預(yù)料的，編譯器畢竟是編譯器，不可能當(dāng)解釋器用，所以不做優(yōu)化，等到運(yùn)行時(shí)，s7、s8拼接成的新字符串，在堆中地址不確定，不可能與方法區(qū)常量池中的s1地址相同。

　　s4 == s5已經(jīng)不用解釋了，絕對(duì)不相等，二者都在堆中，但地址不同。

　　s1 == s6這兩個(gè)相等完全歸功于intern方法，s5在堆中，內(nèi)容為Hello ，intern方法會(huì)嘗試將Hello字符串添加到常量池中，并返回其在常量池中的地址，因?yàn)槌Ａ砍刂幸呀?jīng)有了Hello字符串，所以intern方法直接返回地址；而s1在編譯期就已經(jīng)指向常量池了，因此s1和s6指向同一地址，相等。

　　至此，我們可以得出三個(gè)非常重要的結(jié)論：

　　必須要關(guān)注編譯期的行為，才能更好的理解常量池。

　　運(yùn)行時(shí)常量池中的常量，基本來源于各個(gè)class文件中的常量池。

　　程序運(yùn)行時(shí)，除非手動(dòng)向常量池中添加常量（比如調(diào)用intern方法），否則jvm不會(huì)自動(dòng)添加常量到常量池。

　　以上所講僅涉及字符串常量池，實(shí)際上還有整型常量池、浮點(diǎn)型常量池等等，但都大同小異，只不過數(shù)值類型的常量池不可以手動(dòng)添加常量，程序啟動(dòng)時(shí)常量池中的常量就已經(jīng)確定了，比如整型常量池中的常量范圍：-128~127，只有這個(gè)范圍的數(shù)字可以用到常量池。

　　實(shí)踐

　　說了這么多理論，接下來讓我們觸摸一下真正的常量池。

　　前文提到過，class文件中存在一個(gè)靜態(tài)常量池，這個(gè)常量池是由編譯器生成的，用來存儲(chǔ)java源文件中的字面量（本文僅僅關(guān)注字面量），假設(shè)我們有如下java代碼：

　　1Strings = “hi”;

　　為了方便起見，就這么簡(jiǎn)單，沒錯(cuò)！將代碼編譯成class文件后，用winhex打開二進(jìn)制格式的class文件。如圖：

　　簡(jiǎn)單講解一下class文件的結(jié)構(gòu)，開頭的4個(gè)字節(jié)是class文件魔數(shù)，用來標(biāo)識(shí)這是一個(gè)class文件，說白話點(diǎn)就是文件頭，既：CA FE BA BE。

　　緊接著4個(gè)字節(jié)是java的版本號(hào)，這里的版本號(hào)是34，因?yàn)楣P者是用jdk8編譯的，版本號(hào)的高低和jdk版本的高低相對(duì)應(yīng)，高版本可以兼容低版本，但低版本無法執(zhí)行高版本。所以，如果哪天讀者想知道別人的class文件是用什么jdk版本編譯的，就可以看這4個(gè)字節(jié)。

　　接下來就是常量池入口，入口處用2個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)常量池常量數(shù)量，本例中數(shù)值為00 1A，翻譯成十進(jìn)制是26，也就是有25個(gè)常量，其中第0個(gè)常量是特殊值，所以只有25個(gè)常量。

　　常量池中存放了各種類型的常量，他們都有自己的類型，并且都有自己的存儲(chǔ)規(guī)范，本文只關(guān)注字符串常量，字符串常量以01開頭（1個(gè)字節(jié)），接著用2個(gè)字節(jié)記錄字符串長(zhǎng)度，然后就是字符串實(shí)際內(nèi)容。本例中為：01 00 02 68 69。

　　接下來再說說運(yùn)行時(shí)常量池，由于運(yùn)行時(shí)常量池在方法區(qū)中，我們可以通過jvm參數(shù)：-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize來設(shè)置方法區(qū)大小，從而間接限制常量池大小。

　　假設(shè)jvm啟動(dòng)參數(shù)為：-XX:PermSize＝2M -XX:MaxPermSize＝2M，然后運(yùn)行如下代碼：

　　//保持引用，防止自動(dòng)垃圾回收List《String》list=newArrayList 《String》（）; int i =0; while（true）{ //通過intern方法向常量池中手動(dòng)添加常量list.add（ String.valueOf（i ++） .intern（））; }

　　程序立刻會(huì)拋出：Exception in thread “main” java.lang.outOfMemoryError： PermGen space異常。PermGen space正是方法區(qū)，足以說明常量池在方法區(qū)中。

　　在jdk8中，移除了方法區(qū)，轉(zhuǎn)而用Metaspace區(qū)域替代，所以我們需要使用新的jvm參數(shù)：-XX:MaxMetaspaceSize=2M，依然運(yùn)行如上代碼，拋出：java.lang.OutOfMemoryError： Metaspace異常。同理說明運(yùn)行時(shí)常量池是劃分在Metaspace區(qū)域中。具體關(guān)于Metaspace區(qū)域的知識(shí)，請(qǐng)讀者自行搜索。

　　本文所有代碼均在jdk7、jdk8下測(cè)試通過，其他版本jdk可能會(huì)略有差異，請(qǐng)讀者自行探索。

　　參考文獻(xiàn)：《深入理解java虛擬機(jī)———jvm高級(jí)特性與最佳實(shí)踐》