探索JVM的底層祕密（一）——如何正確理解Java的常數池

如果你點開了本篇文章，那麼恭喜你發現寶藏了！

博主接下來將會更新整個系列的 《探索JVM的底層祕密》 文章，為大家完整的剖析JVM的底層原理。

作者最近在優化JVM記憶體模型這方面的內容，發現自己對於Java中的常數池的理解有點零碎，做個總結，於是就有了這篇文章。本篇文章所有知識點基於jdk8。
jdk6、jdk7不適用，如果有疑問，歡迎在評論區留言。廢話不多說，直接上程式碼。

比如你寫了一段這樣的Java程式碼，JVM是如何處理的呢？

1、Java程式碼

public class StringTest2 {
    String name = "子牙";
    
    public static void main(String[] args) {
        StringTest2 obj = new StringTest2();
    }
}

2、class檔案之常數池（圖1）

3、預設構造方法位元組碼（圖2）

常數池分類

1、class檔案中的常數池

這個常數池中主要存放兩大類常數：字面量、符號參照。

字面量即文字字串，如index=10的Code、index=11的LineNumberTable……還有宣告為final的常數。

符號參照則屬於編譯原理方面的概念，包含三類：

• 類和介面的全限定名，如index=4存放的是CONSTANT_Class_info結構，指向的是類的全限定名
• 欄位的名稱和描述符，如index=3存放的是CONSTANT_Fieldref_info結構，指向的是欄位的名稱與描述符
• 方法的名稱和描述符，如index=17存放的是CONSTANT_Methodref_info結構，指向的是方法的名稱與描述符

2、執行時常數池

方法區的一部分。我們常說的常數池，就是指這一塊區域：方法區中的執行時常數池。

那資料是何時存入這塊區域的呢？是在類載入階段，類載入器子系統會將class檔案中的常數池中的資料封裝成相應的CONSTANT_*結構存入進去。

這裡重點說下index=2的資料項。index=2對應的資料結構是CONSTANT_String，但是在類載入階段，index=2儲存的資料結構卻是JVM_CONSTANT_UnresolvedString，為什麼會這樣呢？因為載入類的時候，還沒有解析字串字面量，即沒有將符號參照轉為直接參照。那何時解析的呢？執行引擎執行ldc指令的時候。不懂？往後看。

3、全域性字串常數池

這個常數池在JVM層面就是一個StringTable，只儲存對java.lang.String範例的參照，而不儲存String物件的內容。

一般我們說一個字串進入了字串常數池其實是說在這個StringTable中儲存了對它的參照，反之，如果說沒有在其中就是說StringTable中沒有對它的參照。

解析上面的程式碼

基礎知識講完了，咱們來實戰一下。就以JVM處理上面貼出的程式碼為例，給童鞋們分享一下執行流程：

1、呼叫javac命令編譯java檔案生成class檔案，class檔案中的常數池（圖1）

2、呼叫java命令開始執行這個class檔案，類載入器子系統將class檔案載入進記憶體，並將常數池中的資料封裝成相應的CONSTANT_*結構存入執行時常數池。這時候常數池中index=2的位置存放的是JVM_CONSTANT_UnresolvedString而不是JVM_CONSTANT_String_info

3、執行引擎執行StringTest2的預設建構函式，即圖3。大家是否注意到ldc指令，那這個指令做了什麼呢？執行引擎執行ldc指令時，會根據ldc後面的運算元去執行時常數池中查詢對應的值，並判斷是否已完成解析，如果已解析就直接返回字串在堆中的參照，即記憶體地址。如果沒有解析進去解析，那如何解析呢？

4、根據JVM_CONSTANT_UnresolvedString中存放的index去執行時常數池中查詢CONSTANT_Utf8_info結構，這個結構存放了字串的具體內容及字串長度。然後判斷字串常數池中是否有這個字串的參照，如果有就直接返回，如果沒有就去堆中建立一個對應內容的String物件，並將參照儲存在字串常數池中。這樣就完成了String型別的解析工作。

intern方法做了什麼

如果當前字串內容存在於字串常數池中，即使用 equas() 方法返回ture，那直接返回此字串在常數池的參照。如果不在字串常數池中，那麼在常數池建立一個參照並且指向堆中已存在的字串，然後返回常數池中的地址。是不是有點抽象，對著面試題再看一遍。

注意：該方法是有返回值的，返回的是常數池中的地址。為什麼要強調呢？看面試題。

==與equals

==比較的是參照，即記憶體地址。equals比較的是兩個物件的內容。

字串相關面試題剖析

如果你對Java中的常數池理解得不是很透徹，這道面試題你還真不一定能答上來。就算告訴了你答案你可能也會一臉懵逼。那這篇文章你已經看到這裡了，我希望你已明瞭。建議同學們先不要看答案以及我的解析，先自己回答一下，然後給出自己的分析，再看答案。

1、上程式碼

public class StringTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "子牙真帥";
        String s2 = "子牙真帥";

        String a = "子牙";

        String s3 = new String(a + "真帥");
        String s4 = new String(a + "真帥");

        System.out.println("s1 == s2: " + (s1 == s2));
        System.out.println("s2 == s3: " + (s2 == s3));
        System.out.println("s3 == s4: " + (s3 == s4));

        s3.intern();
        System.out.println("s2 == s3: " + (s2 == s3));

        s3 = s3.intern();
        System.out.println("s2 == s3: " + (s2 == s3));
    }
}

2、返回結果

s1 == s2: true
s2 == s3: false
s3 == s4: false
s2 == s3: false
s2 == s3: true

3、解析

• 【s1 == s2: true】：因為s1、s2都指向字串常數池中同一字串：hello
• 【s2 == s3: false】：因為s2是指向字串常數池中的參照，s3是指向堆中的參照，自然不相等
• 【s3 == s4: false】：因為s3、s4是兩個不同的物件，自然不相等
• 【s2 == s3: false】：因為s3雖然呼叫了intern方法，但是未處理返回值，所以s3依然是指向堆中的參照
• 【s2 == s3: true】：因為s3呼叫了intern方法，並且返回給了s3，此時 s2、s3 都直接指向常數池的同一個字串。

好了，今天的文章就暫時先寫到這裡了，如果本篇文章對你有幫助，想要繼續瞭解之後的更多JVM底層知識，請一定要點贊+關注，一鍵三連！