class常量池、运行时常量池和字符串常量池的关系-编程知识

类常量池、运行时常量池和字符串常量池这三种常量池，在Java中扮演着不同但又相互关联的角色。理解它们之间的关系，有助于深入理解Java虚拟机（JVM）的内部工作机制，尤其是在类加载、内存分配和字符串处理方面。

类常量池（Class Constant Pool）

每个Java类文件（.class文件）都具有自己的类常量池，它用于存储编译期生成的常量，包括各种字面量（字面量就是指由字母、数字等构成的字符串或者数值）和符号引用（比如类和接口的全名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符）。类常量池在编译期间就已经被确定，并被保存在.class文件中。

Class常量池是用来保存常量的一个中间场所。在JVM真的运行时，需要把类常量池中的常量加载到内存中的运行时常量池中。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

运行时常量池是类被加载到JVM时类常量池的内存版本：当Java类被加载到JVM时，各个类文件中的类常量池内容被读取并存入到运行时常量池中，其中字符串的部分直接进到字符串池，其他常量进入到运行时常量池。

根据Java虚拟机规范约定：每一个运行时常量池都在Java虚拟机的方法区中分配，在加载类和接口到虚拟机后，就创建对应的运行时常量池。

规范中规定了运行时常量池属于方法区，但是没规定方法区属于哪。于是虚拟机在各自实现的时候就各显神通了。在不同版本的JDK中，运行时常量池所处的位置也不一样。以HotSpot虚拟机为例：

在JDK 1.7之前，方法区位于永久代，运行时常量池作为方法区的一部分，处于永久代中，字符串常量池位于运行时常量池的一部分也处于永久代中。

jdk1.7之间jvm内存结构
因为使用永久代实现方法区可能导致内存泄露问题，所以，从JDK1.7开始，JVM尝试解决这一问题。

在JDK 1.7中，静态变量和运行时常量池中的字符串常量池转移到了堆内存中，其他类型的常量还保留在方法区中。
在这里插入图片描述
在JDK 1.8中，彻底移除了永久代，方法区通过元空间的方式实现，元空间是使用本地内存(Native Memory)来存储类的元数据信息的。随之，运行时常量池也在元空间中实现。

运行时常量池中包含了若干种不同的常量，他的来源主要有两种：

编译期可知的字面量和符号引用（来自Class常量池）
运行期解析后可获得的常量（如String的intern方法）

字符串常量池（String Constant Pool）

字符串常量池专门用于存储字符串常量。对于 Hotspot 虚拟机来说，类加载时，字符串字面量作为类常量池的一部分信息被载入运行时常量池中，它们以特殊的形式存储在运行时常量池中，此时它们并未被实例化为Java堆中的String对象。只有当这个字符串字面量被调用时，才会对其进行解析，即检查字符串常量池中是否已经存在相同内容的字符串对象。如果存在，就直接返回指向该对象的引用，如果不存在，虚拟机会在字符串常量池中创建一个对应的String实例，并返回这个新实例的引用。

这种处理方式的优势在于，可以减少在类加载阶段对内存的需求和降低开销，因为不是所有的字符串字面量在类的使用周期内都会被用到。同时，此方法延迟了String对象的实例化，直到它们真正被需要，这有助于提高性能并减少内存的无谓占用。

为什么从JDK 1.7开始，字符串常量池从永久代中挪到堆(Heap)中？

主要原因是因为永久代的 GC 回收效率太低，只有在FulIGC的时候才会被执行回收。但是Java中往往会有很多字符串的生命周期都很短暂，将字符串常量池放到堆中，能够更高效及时地回收字符串内存。

字符串常量池中的常量有以下几个来源:
1、字面量常量。
在代码中直接使用双引号括起来的字符串字面值(如 strings="hello”)会被认为是常量，并且会在编译后进入class文件的常量池，并且在运行阶段，进入字符串常量池。这是最常见的字符串常量来源。
2、intern()方法
String类提供了一个intern方法，用于将字符串对象手动添加到字符串常量池中。调用intern()方法时，如果字符串常量池中已经存在相同内容的字符串，将会返回常量池中的引用;如果不存在，则会在常量池中添加该字符串在堆中的引用。

以下有几个非常值得我们注意的地方：

（1）字符串常量池是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009，如果放进字符串常量池的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（因为要一个一个找，以此判断字符串常量在不在字符串常量池中）。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。在jdk7中，StringTable的长度可以通过一个参数指定：

-XX:StringTableSize=99991

（2）对于字符串的拼接，纯字面量和字面量的拼接，会把拼接结果作为常量保存到字符串池。如果在字符串拼接中，有一个参数是非字面量，而是一个变量的话，整个拼接操作会被编译成StringBuilder.append，这种情况编译器是无法知道其确定值的。只有在运行期才能确定。
比如这段代码：

string s1 = "Hollis";
string s2 = "Chuang";
string s3 = s1 + s2;
string s4 = "Hollis" + "Chuang";

在经过反编译后得到代码如下：

String s1 = "Hollis";
string s2 = "chuang" ;
string s3 = (new stringBuilder() ).append(s1).append(s2).toString( );
String s4 = "Hollischuang";

（3）jdk7版本在修改了常量池的基础上，也对intern函数做了修改：
在jdk7之前，字符串常量池位于永久代中，使用intern函数，如果字符串常量池中没有该字符串对象，会在字符串常量池中创建一个该对象，但是在jdk7及之后，字符串常量池移到了堆中，使用intern函数，如果字符串常量池中没有该字符串对象，则不会在字符串常量池中创建对象，而是保存堆中该对象的引用。比如：

String s = new String("hello") + new String("world");
s.intern();

在第一句代码中，我们创建了一个引用变量s，其指向堆中字符串对象"helloworld"，而后调用intern函数，此时字符串常量池中没有"helloworld"字符串对象，如果是在jdk7之前，jvm会在位于永久代的字符串常量池中创建一个"helloworld"字符串对象，但是jdk7之后，字符串常量池位于堆中，不再需要重新创建字符对象，而是在字符串常量池中保存堆中"helloworld"对象的引用。

关于intern函数可以学习这篇文章，讲解非常通透：深入解析String#intern