日常总结の关于Java中的常量池技术

一.相关概念

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1. 什么是常量
   用final修饰的成员变量表示常量，值一旦给定就无法改变！
   final修饰的变量有三种：静态变量、实例变量和局部变量，分别表示三种类型的常量。

2. Class文件中的常量池
                                                                                                                                                             

   　　简单讲解一下class文件的结构，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，既：CA FE BA BE。

   　　紧接着4个字节是java的版本号，这里的版本号是34，因为笔者是用jdk8编译的，版本号的高低和jdk版本的高低相对应，高版本可以兼容低版本，但低版本无法执行高版本。所以，如果哪天读者想知道别人的class文件是用什么jdk版本编译的，就可以看这4个字节。

        接下来就是常量池入口，入口处用2个字节标识常量池常量数量，本例中数值为00 1A，翻译成十进制是26，也就是有25个常量，其中第0个常量是特殊值，所以只有25个常量。

        常量池中存放了各种类型的常量，他们都有自己的类型，并且都有自己的存储规范，本文只关注字符串常量，字符串常量以01开头(1个字节)，接着用2个字节记录字符串长度，然后就是字符串实际内容。本例中为：01 00 02 68 69。

3. 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
   • 字段的名称和描述符
   • 方法的名称和描述符

4. 方法区中的运行时常量池
   运行时常量池是方法区的一部分。
   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，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
   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。

5. 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。

6. 双等号==的含义
   基本数据类型之间应用双等号，比较的是他们的数值。
   封装后的基本数据类型之间应用双等号，比较的是他们在内存中的存放地址，若要比较他们的数值应该用对应的equals()方法。

二.8种基本类型的包装类和常量池

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1. 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；

   Integer i1 = 40;
   Integer i2 = 40;
   System.out.println(i1==i2);//输出TRUE

   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。

   //jdk1.8中关于Integer包装类的缓存技术的源码
   private static class IntegerCache {
           static final int low = -128;
           static final int high;
           static final Integer cache[];
           static {
               int h = 127;
               String integerCacheHighPropValue =
                   sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
               if (integerCacheHighPropValue != null) {
                   try {
                       int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                       i = Math.max(i, 127);
                       h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                   } catch( NumberFormatException nfe) {
                   }
               }
               high = h;
               cache = new Integer[(high - low) + 1];
               int j = low;
               for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                   cache[k] = new Integer(j++);
               assert IntegerCache.high >= 127;
           }
           private IntegerCache() {}
       }

2. //Integer 中valueOf方法的实现 ：
   public static Integer valueOf(int i) {
        assert IntegerCache.high >= 127;
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }
   Integer i1 = 400;
   Integer i2 = 400;
   System.out.println(i1==i2);//输出false
   
   

3. 两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术。

   Double i1=1.2;
   Double i2=1.2;
   System.out.println(i1==i2);//输出false

4. 应用常量池的场景
   (1)Integer i1=40；Java在编译的时候会直接将代码封装成Integer i1=Integer.valueOf(40);，从而使用常量池中的对象。
   (2)Integer i1 = new Integer(40);这种情况下会创建新的对象。

   Integer i1 = 40;
   Integer i2 = new Integer(40);
   System.out.println(i1==i2);//输出false

5. Integer比较更丰富的一个例子

   Integer i1 = 40;
   Integer i2 = 40;
   Integer i3 = 0;
   Integer i4 = new Integer(40);
   Integer i5 = new Integer(40);
   Integer i6 = new Integer(0);
   
   System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
   System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
   System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
   System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
   System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));   
   System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));
   i1=i2   true
   i1=i2+i3   true
   i1=i4   false
   i4=i5   false
   i4=i5+i6   true
   40=i5+i6   true

   解释：语句i4 == i5 + i6，因为+这个操作符不适用于Integer对象，首先i5和i6进行自动拆箱操作，进行数值相加，即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较，所以i4自动拆箱转为int值40，最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。
   Java中的自动装箱与拆箱

三.String类和常量池

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1. String对象创建方式

    String str1 = "abcd";
     String str2 = new String("abcd");
     System.out.println(str1==str2);//false

   这两种不同的创建方法是有差别的，第一种方式是在常量池中拿对象，第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。
   只要使用new方法，便需要创建新的对象。

2. 连接表达式 +
   （1）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。
   （2）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。

   String str1 = "str";
   String str2 = "ing";
   
   String str3 = "str" + "ing";
   String str4 = str1 + str2;
   System.out.println(str3 == str4);//false
   
   String str5 = "string";
   System.out.println(str3 == str5);//true

   java基础：字符串的拼接

   • 特例1

     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";
   • 特例2

     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。

3. String s1 = new String("xyz"); 创建了几个对象？ 
   考虑类加载阶段和实际执行时。
   （1）类加载对一个类只会进行一次。"xyz"在类加载时就已经创建并驻留了（如果该类被加载之前已经有"xyz"字符串被驻留过则不需要重复创建用于驻留的"xyz"实例）。驻留的字符串是放在全局共享的字符串常量池中的。
   （2）在这段代码后续被运行的时候，"xyz"字面量对应的String实例已经固定了，不会再被重复创建。所以这段代码将常量池中的对象复制一份放到heap中，并且把heap中的这个对象的引用交给s1 持有。
   这条语句创建了2个对象。

4. java.lang.String.intern()
   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。

   public static void main(String[] args) {    
      String s1 = new String("计算机");
      String s2 = s1.intern();
      String s3 = "计算机";
      System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
      System.out.println("s3 == s2? " + (s3 == s2));
   }
   s1 == s2? false
   s3 == s2? true

   1. 字符串比较更丰富的一个例子

      public class Test {
      public static void main(String[] args) {   
         String hello = "Hello", lo = "lo";
         System.out.println((hello == "Hello") + " ");
         System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
         System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
         System.out.println((hello == ("Hel"+"lo")) + " ");
         System.out.println((hello == ("Hel"+lo)) + " ");
         System.out.println(hello == ("Hel"+lo).intern());
      }   
      }
      class Other { static String hello = "Hello"; }
      package other;
      public class Other { public static String hello = "Hello"; }
      true true true true false true

      在同包同类下,引用自同一String对象.
      在同包不同类下,引用自同一String对象.
      在不同包不同类下,依然引用自同一String对象.
      在编译成.class时能够识别为同一字符串的,自动优化成常量,引用自同一String对象.