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StringTable

String的基本特性

  • String:字符串,使用一对 “” 引起来表示
    • String s1 = “mogublog” ; // 字面量的定义方式
    • String s2 = new String(“moxi”);
  • string声明为final的,不可被继承
  • 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string可以比较大小
  • string在jdk8及以前内部定义了final char[] value用于存储字符串数据。JDK9时改为byte[]

为什么JDK9改变了结构

String类的当前实现将字符存储在char数组中,每个字符使用两个字节(16位)。从许多不同的应用程序收集的数据表明,字符串是堆使用的主要组成部分,而且,大多数字符串对象只包含拉丁字符。这些字符只需要一个字节的存储空间,因此这些字符串对象的内部char数组中有一半的空间将不会使用。

我们建议改变字符串的内部表示class从utf - 16字符数组到字节数组+一个encoding-flag字段。新的String类将根据字符串的内容存储编码为ISO-8859-1/Latin-1(每个字符一个字节)或UTF-16(每个字符两个字节)的字符。编码标志将指示使用哪种编码。

结论:String再也不用char[] 来存储了,改成了byte [] 加上编码标记,节约了一些空间

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// 之前
private final char value[];
// 之后
private final byte[] value

同时基于String的数据结构,例如StringBuffer和StringBuilder也同样做了修改

String的不可变性

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,需要重新指定内存区域赋值,不能使用原有的内存区域进行赋值。 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,不能使用原有的内存区域进行赋值。 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。

代码

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/**
 * String的不可变性
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-11-8:57
 */
public class StringTest1 {

    public static void test1() {
        // 字面量定义的方式,“abc”存储在字符串常量池中
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        System.out.println(s1 == s2);
        s1 = "hello";
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        System.out.println("----------------");
    }

    public static void test2() {
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        // 只要进行了修改,就会重新创建一个对象,这就是不可变性
        s2 += "def";
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        System.out.println("----------------");
    }

    public static void test3() {
        String s1 = "abc";
        String s2 = s1.replace('a', 'm');
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        test1();
        test2();
        test3();
    }
}

运行结果

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true
false
hello
abc
----------------
abc
abcdef
----------------
abc
mbc

StringTablesize

字符串常量池是不会存储相同内容的字符串的

String的string Pool是一个固定大小的Hashtable(Hashtable中的数组不会扩容),默认值大小长度是1009。如果放进string Pool的string非常多,就会造成Hash冲突严重,从而导致链表会很长,而链表长了后直接会造成的影响就是当调用string.intern时性能会大幅下降。

使用-XX:StringTablesize可设置stringTable的长度

在jdk6中stringTable是固定的,就是1009的长度,所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。stringTablesize设置没有要求

在jdk7中,stringTable的长度默认值是60013,

在JDK8中,StringTable可以设置的最小值为1009

String的内存分配

在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型string。这些类型为了使它们在运行过程中速度更快、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。它的主要使用方法有两种。

  • 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 info=“a”;

  • 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。

Java 6及以前,字符串常量池存放在永久代

Java 7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(Heap)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得比较多,但是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

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200722142306.png

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200722142313.png

为什么StringTable从永久代调整到堆中

  • 永久代的默认比较小
  • 永久代垃圾回收频率低

String的基本操作

Java语言规范里要求完全相同的字符串字面量,应该包含同样的Unicode字符序列(包含同一份码点序列的常量),并且必须是指向同一个String类实例。

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

  • 常量池中不会存在相同内容的变量

  • 只要其中有一个是变量,结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder

    在JDK5之后,使用的是StringBuilder,在JDK5之前使用的是StringBuffer

  • 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

拼接操作和append性能对比

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

    public static void method2(int highLevel) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            sb.append("a");
        }
    }

方法1耗费的时间:4005ms,方法2消耗时间:7ms

结论:

  • 通过StringBuilder的append()方式添加字符串的效率,要远远高于String的字符串拼接方法

好处

  • StringBuilder的append的方式,自始至终只创建一个StringBuilder的对象
  • 对于字符串拼接的方式,还需要创建很多StringBuilder对象和 调用toString时候创建的String对象
  • 内存中由于创建了较多的StringBuilder和String对象,内存占用过大,如果进行GC那么将会耗费更多的时间

改进的空间

  • 我们使用的是StringBuilder的空参构造器,默认的字符串容量是16,然后将原来的字符串拷贝到新的字符串中, 我们也可以默认初始化更大的长度,减少扩容的次数
  • 因此在实际开发中,我们能够确定,前前后后需要添加的字符串不高于某个限定值,那么建议使用构造器创建一个阈值的长度

intern的使用

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

经典案例:{% post_link 工作/200_编程语言/java/java基础/彻底搞懂String.intern() 彻底搞懂String.intern() %}

空间效率测试

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/**
 * 使用Intern() 测试执行效率
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-11-15:19
 */
public class StringIntern2 {
    static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
    static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];

    public static void main(String[] args) {
        Integer [] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {
           // arr[i] = new String(String.valueOf(data[i%data.length]))
            arr[i] = new String(String.valueOf(data[i%data.length])).intern();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("花费的时间为:" + (end - start));

        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (Exception e) {
            e.getStackTrace();
        }
    }
}

不使用intern

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200722152402.png

使用intern

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200722152552.png

结论:对于程序中大量使用存在的字符串时,尤其存在很多已经重复的字符串时,使用intern()方法能够节省内存空间。

大的网站平台,需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站,很多人都存储:北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用intern() 方法,就会很明显降低内存的大小。

StringTable的垃圾回收

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/**
 * String的垃圾回收
 * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-07-11-16:55
 */
public class StringGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            String.valueOf(i).intern();
        }
    }
}

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200723121700.png

可见 10w的字符串常量经过ygc后变成了38868。

G1中的String去重操作

注意这里说的重复,指的是在堆中的数据,而不是常量池中的,因为常量池中的本身就不会重复

描述

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。

开启

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。 Printstringbeduplicationstatistics(bool):打印详细的去重统计信息 stringpeduplicationAgeThreshold(uintx):达到这个年龄的string对象被认为是去重的候选对象