Java常量池

jvm虚拟内存分布：

jvm虚拟内存分布

程序计数器是jvm执行程序的流水线，存放一些跳转指令。

本地方法栈是jvm调用操作系统方法所使用的栈。

虚拟机栈是jvm执行java代码所使用的栈。

方法区存放了一些常量、静态变量、类信息等，可以理解成class文件在内存中的存放位置。

虚拟机堆是jvm执行java代码所使用的堆。

常量池

Java中的常量池，实际上分为两种形态：静态常量池和运行时常量池。

• 静态常量池

所谓静态常量池，即.class文件中的常量池，class文件中的常量池不仅仅包含字符串(数字)字面量，还包含类、方法的信息，占用class文件绝大部分空间。这种常量池主要用于存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用量*(Symbolic References)，字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了如下三种类型的常量：

类和接口的全限定名
字段名称和描述符
方法名称和描述符

• 运行时常量池

运行时常量池，则是jvm虚拟机在完成类装载操作后，将class文件中的常量池载入到内存中，并保存在方法区中，我们常说的常量池，就是指方法区中的运行时常量池。

运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

String的intern()方法会查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有则返回该字符串的引用,如果没有则添加自己的字符串进入常量池。

常量池的好处

常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。
例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
（1）节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。
（2）节省运行时间：比较字符串时，==比equals()快。对于两个引用变量，只用==判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等。

栗子

• 栗子1：

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
String s3 = "Hel" + "lo";
String s4 = "Hel" + new String("lo");
String s5 = new String("Hello");
String s6 = s5.intern();
String s7 = "H";
String s8 = "ello";
String s9 = s7 + s8;
         
System.out.println(s1 == s2);  // true
System.out.println(s1 == s3);  // true
System.out.println(s1 == s4);  // false
System.out.println(s1 == s9);  // false
System.out.println(s4 == s5);  // false
System.out.println(s1 == s6);  // true

首先说明一点，在java 中，直接使用==操作符，比较的是两个字符串的引用地址，并不是比较内容，比较内容请用String.equals()。

s1 == s2这个非常好理解，s1、s2在赋值时，均使用的字符串字面量，说白话点，就是直接把字符串写死，在编译期间，这种字面量会直接放入class文件的常量池中，从而实现复用，载入运行时常量池后，s1、s2指向的是同一个内存地址，所以相等。

s1 == s3这个地方有个坑，s3虽然是动态拼接出来的字符串，但是所有参与拼接的部分都是已知的字面量，在编译期间，这种拼接会被优化，编译器直接帮你拼好，因此String s3 = "Hel" + "lo";在class文件中被优化成String s3 = "Hello"，所以s1 == s3成立。只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。

s1 == s4当然不相等，s4虽然也是拼接出来的，但new String("lo")这部分不是已知字面量，是一个不可预料的部分，编译器不会优化，必须等到运行时才可以确定结果，结合字符串不变定理，鬼知道s4被分配到哪去了，所以地址肯定不同。对于所有包含new方式新建对象（包括null）的“+”连接表达式，它所产生的新对象都不会被加入字符串池中。
配上一张简图理清思路：

java字符串不变

s1 == s9也不相等，道理差不多，虽然s7、s8在赋值的时候使用的字符串字面量，但是拼接成s9的时候，s7、s8作为两个变量，都是不可预料的，编译器毕竟是编译器，不可能当解释器用，不能在编译期被确定，所以不做优化，只能等到运行时，在堆中创建s7、s8拼接成的新字符串，在堆中地址不确定，不可能与方法区常量池中的s1地址相同。

jvm常量池，堆，栈内存分布

s4 == s5已经不用解释了，绝对不相等，二者都在堆中，但地址不同。

s1 == s6这两个相等完全归功于intern方法，s5在堆中，内容为Hello ，intern方法会尝试将Hello字符串添加到常量池中，并返回其在常量池中的地址，因为常量池中已经有了Hello字符串，所以intern方法直接返回地址；而s1在编译期就已经指向常量池了，因此s1和s6指向同一地址，相等。

• 栗子2：

public static final String A = "ab"; // 常量A
public static final String B = "cd"; // 常量B
public static void main(String[] args) {
     String s = A + B;  // 将两个常量用+连接对s进行初始化 
     String t = "abcd";   
    if (s == t) {   
         System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
     } else {   
         System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
     }   
 } 

s等于t，它们是同一个对象

A和B都是常量，值是固定的，因此s的值也是固定的，它在类被编译时就已经确定了。也就是说：String s=A+B; 等同于：String s="ab"+"cd";

• 栗子3：

public static final String A; // 常量A
public static final String B;    // 常量B
static {   
     A = "ab";   
     B = "cd";   
 }   
 public static void main(String[] args) {   
    // 将两个常量用+连接对s进行初始化   
     String s = A + B;   
     String t = "abcd";   
    if (s == t) {   
         System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
     } else {   
         System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
     }   
 } 

s不等于t，它们不是同一个对象

A和B虽然被定义为常量，但是它们都没有马上被赋值。在运算出s的值之前，他们何时被赋值，以及被赋予什么样的值，都是个变数。因此A和B在被赋值之前，性质类似于一个变量。那么s就不能在编译期被确定，而只能在运行时被创建了。

至此，我们可以得出三个非常重要的结论：

• 必须要关注编译期的行为，才能更好的理解常量池。

• 运行时常量池中的常量，基本来源于各个class文件中的常量池。

• 程序运行时，除非手动向常量池中添加常量(比如调用intern方法)，否则jvm不会自动添加常量到常量池。

以上所讲仅涉及字符串常量池，实际上还有整型常量池、浮点型常量池(java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean；两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术) 等等，但都大同小异，只不过数值类型的常量池不可以手动添加常量，程序启动时常量池中的常量就已经确定了，比如整型常量池中的常量范围：-128~127，（Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean）这5种包装类默认创建了数值[-128，127]的相应类型的缓存数据，但是超出此范围仍然会去创建新的对象。

例如在自动装箱时，把int变成Integer的时候，是有规则的，当你的int的值在-128-IntegerCache.high(127) 时，返回的不是一个新new出来的Integer对象，而是一个已经缓存在堆 中的Integer对象，（我们可以这样理解，系统已经把-128到127之 间的Integer缓存到一个Integer数组中去了，如果你要把一个int变成一个Integer对象，首先去缓存中找，找到的话直接返回引用给你就 行了，不必再新new一个），如果不在-128-IntegerCache.high(127) 时会返回一个新new出来的Integer对象。

深入字节码

前文提到过，class文件中存在一个静态常量池，这个常量池是由编译器生成的，用来存储java源文件中的字面量(本文仅仅关注字面量)，假设我们有如下java代码：

public class HelloWorld{
  public static void main(String args[]){
    System.out.println("hello world");
  }
}

为了方便起见，就这么简单，没错！将代码编译成class文件后，用winhex打开二进制格式的class文件。如图：

class文件

class文件的结构

（1）魔数
开头的4个字节是class文件魔数，用来标识这是一个class文件，说白话点就是文件头，确定一个文件是否能被JVM接受，既：CA FE BA BE。

（2）版本号
第5和第6个字节是次版本号，第7个和第8 个是主版本号。这里的第7和第8位是0034，即：0x0034。0x0034转为10进制是52。Java的版本是从45开始的然而从1.0 到1.1 是45.0到45.3, 之后就是1.2 对应46， 1.3 对应47 … 1.6 对应50,我这里是1.6.0_24对应的是52，就是0x0034;

（3）常量池的入口
由于常量池中的常量的数量不是固定的，所以常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池的容量计数值。这里的常量池容量计数值是从1开始的。如图常量池的容量：0x001d(29)。所以共有29个常量。

（4）常量池
常量池中主要存放两类常量：字面量和符号引用。字面量比较接近Java语言层面的常量概念。就是我们什么提到的常量。而符号引用则属于编译原理的方面的概念。包括以下三类常量：

类和接口的全限定名
字段的名称和描述符
方法的名称和描述符

class文件就先介绍到这里。

接下来再说说运行时常量池，由于运行时常量池在方法区中，我们可以通过jvm参数：-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize来设置方法区大小，从而间接限制常量池大小。

假设jvm启动参数为：-XX:PermSize＝2M -XX:MaxPermSize＝2M，然后运行如下代码：

1 //保持引用，防止自动垃圾回收
List<String> list = new ArrayList<String>();
        
int i = 0;
       
while(true){
  //通过intern方法向常量池中手动添加常量
  list.add(String.valueOf(i++).intern());
}

程序立刻会抛出：Exception in thread "main" java.lang.outOfMemoryError: PermGen space异常。PermGen space正是方法区，足以说明常量池在方法区中。

在jdk8中，移除了方法区，转而用Metaspace区域替代，所以我们需要使用新的jvm参数：-XX:MaxMetaspaceSize=2M，依然运行如上代码，抛出：java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace异常。同理说明运行时常量池是划分在Metaspace区域中。具体关于Metaspace区域的知识，请自行搜索。

原文参考：
深入浅出java常量池
Java常量池理解和经典总结