StringTable

阅读数: 次 2021-02-10

1. String的基本特性

String : 字符串创建方式：String str = “good” ; String str = new String(“good”)
String 声明为final，不能被继承
String实现了serializable接口，表示字符串是支持序列化的，实现了comparable接口表示字符串是可以比较大小的
String在jdk8及以前内部定义了final char[] value用于存储字符串操作，jdk9改为了byte[]

jdk9 String存储结构变更

string:代表不可变的字符序列。简称:不可变性。
- 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值
- 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值
- 当调用String的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
通过字面量的方式(区别于new)给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中
字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的

2.String的内存分配

在java语言中有8种数据类型和一种比较特殊的数据类型String，这些类型为了使他们在运行时速度更快，更节省内存，都提供了一种常量池的概念。
常量池就类似于一个java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量池都是系统协调的，String类型的常量池比较特殊，他主要使用的方法有两种。
- 直接使用双引号声明出来的string对象会直接存储在常量池中，比如 String str = “zhangjunyan”
- 如果不是用双引号声明的String对象，可以使用string提供的intern()方法

String Table位置调整

Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代
java7中oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到java堆内。
- 所有的字符串都保存在堆中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了
- 字符串常量池概念原本使用的比较多，但这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在java 7 中使用string intern()
java8元空间，字符串常量在堆

String Table为什么要调整

PermSize默认比较小容易OOM
永久代垃圾回收频率低

3.String的基本操作

4. 字符串拼接操作

常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化

public void test1() {
     String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"
    String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2
    /*
     * 最终.java编译成.class,再执行.class
     * String s1 = "abc";
     * String s2 = "abc"
     */
    System.out.println(s1 == s2); //true
    System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}

常量池中不会存在相同的常量

只要其中有一个是变量，结果就在堆中，拼接的原理是StringBuilder

public void test2(){
    String s1 = "javaEE";
    String s2 = "hadoop";

    String s3 = "javaEEhadoop";
    String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
    //如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoop
    String s5 = s1 + "hadoop";
    String s6 = "javaEE" + s2;
    String s7 = s1 + s2;

    System.out.println(s3 == s4);//true
    System.out.println(s3 == s5);//false
    System.out.println(s3 == s6);//false
    System.out.println(s3 == s7);//false
    System.out.println(s5 == s6);//false
    System.out.println(s5 == s7);//false
    System.out.println(s6 == s7);//false
    //intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；
    //如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回次对象的地址。
    String s8 = s6.intern();
    System.out.println(s3 == s8);//true
}

public void test3(){
    String s1 = "a";
    String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    /*
        如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
        ① StringBuilder s = new StringBuilder();
        ② s.append("a")
        ③ s.append("b")
        ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")

        补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
         */
    String s4 = s1 + s2;//
    System.out.println(s3 == s4);//false
}

/*
    1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!
       如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
    2. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。
     */
@Test
public void test4(){
    final String s1 = "a";
    final String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    String s4 = s1 + s2;
    System.out.println(s3 == s4);//true
    StringBuilder a;
}

练习

public void test5(){
    String s1 = "javaEEhadoop";
    String s2 = "javaEE";
    String s3 = s2 + "hadoop";
    System.out.println(s1 == s3);//false

    final String s4 = "javaEE";//s4:常量
    String s5 = s4 + "hadoop";
    System.out.println(s1 == s5);//true

}

拼接操作与append操作的效率对比

/*
    体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！
    详情：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
          使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
         ② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

     改进的空间：在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化：
               StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]
     */
@Test
public void test6(){

    long start = System.currentTimeMillis();

    //        method1(100000);//4014
    method2(100000);//7

    long end = System.currentTimeMillis();

    System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
}

public void method1(int highLevel){
    String src = "";
    for(int i = 0;i < highLevel;i++){
        src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
    }
    //        System.out.println(src);

}

public void method2(int highLevel){
    //只需要创建一个StringBuilder
    StringBuilder src = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
        src.append("a");
    }
    //        System.out.println(src);
}

如果拼接的结果调用intern ()方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。

5. intern()的使用

如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？
    有两种方式：
    方式一： String s = "shkstart";//字面量定义的方式
	方式二： 调用intern()
    String s = new String("shkstart").intern();
	String s = new StringBuilder("shkstart").toString().intern();

面试题

public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false


        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为：new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        s3.intern();
        //在字符串常量池中生成"11"。
        //如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
        //jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
        String s4 = "11";//s4变量记录的地址：使用的是上一行代码代码执行时，在常量池中生成的"11"的地址
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true
    }

扩展(1.7以后)：

public static void main(String[] args) {
    //StringIntern.java中练习的拓展：
    String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
    //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
    String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
    String s5 = s3.intern();
    System.out.println(s3 == s4);//false
    System.out.println(s5 == s4);//true
}

总结：

jdk1.6中,将这个字符串对象尝试放入串池。
- 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址。
- 如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址。
Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
- 如果串池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址。
- 如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址。

6.StringTable的垃圾回收

/**
 * String的垃圾回收:
 * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
 */
public class StringGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            String.valueOf(j).intern();
        }
    }
}

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4096K->488K(4608K)] 4096K->712K(15872K), 0.0015257 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 4608K, used 3655K [0x00000000ffb00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 4096K, 77% used [0x00000000ffb00000,0x00000000ffe17cc0,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 95% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff7a020,0x00000000fff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 11264K, used 224K [0x00000000ff000000, 0x00000000ffb00000, 0x00000000ffb00000)
  object space 11264K, 1% used [0x00000000ff000000,0x00000000ff038000,0x00000000ffb00000)
 Metaspace       used 3231K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 350K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
SymbolTable statistics:
Number of buckets       :     20011 =    160088 bytes, avg   8.000
Number of entries       :     13280 =    318720 bytes, avg  24.000
Number of literals      :     13280 =    567736 bytes, avg  42.751
Total footprint         :           =   1046544 bytes
Average bucket size     :     0.664
Variance of bucket size :     0.663
Std. dev. of bucket size:     0.814
Maximum bucket size     :         6
StringTable statistics:
Number of buckets       :     60013 =    480104 bytes, avg   8.000
Number of entries       :     58502 =   1404048 bytes, avg  24.000
Number of literals      :     58502 =   3335528 bytes, avg  57.016
Total footprint         :           =   5219680 bytes
Average bucket size     :     0.975
Variance of bucket size :     0.775
Std. dev. of bucket size:     0.881
Maximum bucket size     :         5

7.G1中的String去重操作

背景:对许多Java应用(有大的也有小的）做的测试得出以下结果:
- 堆存活数据集合里面string对象占了25%
- 堆存活数据集合里面重复的string对象有13.5%
- string对象的平均长度是45
许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存，测试表明，在这些类型的应用里面，Java堆中存活的数据集合差不多25%是string对象。更进一步，这里面差不多一半string对象是重复的，重复的意思是说:stringl.equals (string2 )=true。堆上存在重复的string对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的string对象进行去重，这样就能避免浪费内存。
实现
- 当垃圾收集器工作的时候，会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的string对象。
- 如果是，把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行，处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素，然后尝试去重它引用的string对象。
- 使用一个hashtable来记录所有的被string对象使用的不重复的char数组。当去重的时候，会查这个hashtable，来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
- 如果存在，String对象会被调整引用那个数组，释放对原来的数组的引用，最终会被垃圾收集器回收掉。
- 如果查找失败，char数组会被插入到hashtable，这样以后的时候就可以共享这个数组了。
命令行选项
- UsestringDeduplication (bool):开启string去重，默认是不开启的，需要手动开启。
- PrintstringDeduplicationstatistics (bool):打印详细的去重统计信息。
- stringDeduplicationAgeThreshold (uintx):达到这个年龄的string对象被认为是去重的候选对象。