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提交 2c1d1704 编写于 作者: G guide
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[feat]Java内存区域内容完善补充

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docs/java/jvm/Java内存区域.md
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......@@ -217,7 +217,7 @@ JDK 1.8 的时候，方法区（HotSpot 的永久代）被彻底移除了（JDK1
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20210425134508117.png)
1. 整个永久代有一个 JVM 本身设置的固定大小上限，无法进行调整，而元空间使用的是直接内存，受本机可用内存的限制，虽然元空间仍旧可能溢出，但是比原来出现的几率会更小。
> 当元空间溢出时会得到如下错误： `java.lang.OutOfMemoryError: MetaSpace`
你可以使用 `-XX：MaxMetaspaceSize` 标志设置最大元空间大小，默认值为 unlimited，这意味着它只受系统内存的限制。`-XX：MetaspaceSize` 调整标志定义元空间的初始大小如果未指定此标志，则 Metaspace 将根据运行时的应用程序需求动态地重新调整大小。
......@@ -318,66 +318,183 @@ JDK1.4 中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**
## 四 重点补充内容
### 4.1 String 类和常量池
### 4.1 字符串常量池常见问题
我们先来看一个非常常见的面试题：**String 类型的变量和常量做“+”运算时发生了什么？** 。
**String 对象的两种创建方式：**
先来看字符串不加 `final` 关键字拼接的情况（JDK1.8）：
```java
String str1 = "abcd";//先检查字符串常量池中有没有"abcd"，如果字符串常量池中没有，则创建一个，然后 str1 指向字符串常量池中的对象，如果有，则直接将 str1 指向"abcd""；
String str2 = new String("abcd");//堆中创建一个新的对象
String str3 = new String("abcd");//堆中创建一个新的对象
System.out.println(str1==str2);//false
System.out.println(str2==str3);//false
String str1 = "str";
String str2 = "ing";
String str3 = "str" + "ing";//常量池中的对象
String str4 = str1 + str2; //在堆上创建的新的对象
String str5 = "string";//常量池中的对象
System.out.println(str3 == str4);//false
System.out.println(str3 == str5);//true
System.out.println(str4 == str5);//false
```
这两种不同的创建方法是有差别的。
> **注意** ：比较 String 字符串的值是否相等，可以使用 `equals()` 方法。 `String` 中的 `equals` 方法是被重写过的。 `Object` 的 `equals` 方法是比较的对象的内存地址，而 `String` 的 `equals` 方法比较的是字符串的值是否相等。如果你使用 `==` 比较两个字符串是否相等的话，IDEA 还是提示你使用 `equals()` 方法替换。
- 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。
![](https://guide-blog-images.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/java-guide-blog/image-20210817123252441.png)
记住一点：**只要使用 new 方法，便需要创建新的对象。**
> 对于基本数据类型来说，== 比较的是值。对于引用数据类型来说，==比较的是对象的内存地址。
再给大家一个图应该更容易理解，图片来源：<https://www.journaldev.com/797/what-is-java-string-pool>：
对于编译期可以确定值的字符串，也就是常量字符串 ，jvm 会将其存入字符串常量池。
![String-Pool-Java](./pictures/java内存区域/2019-3String-Pool-Java1-450x249.png)
> **字符串常量池** 是 JVM 为了提升性能和减少内存消耗针为字符串（String 类）专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。
>
> ```java
> String aa = "ab"; // 放在常量池中
> String bb = "ab"; // 从常量池中查找
> System.out.println("aa==bb");// true
> ```
>
> JDK1.7 之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区。JDK1.7 的时候，字符串常量池被从方法区拿到了堆中。
**String 类型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种：**
并且，字符串常量拼接得到的字符串常量在编译阶段就已经被存放字符串常量池，这个得益于编译器的优化。
1. 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。
2. 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.intern()` 是一个 Native 方法，它的作用是：如果运行时常量池中已经包含一个等于此 String 对象内容的字符串，则返回常量池中该字符串的引用；如果没有，JDK1.7 之前（不包含 1.7）的处理方式是在常量池中创建与此 String 内容相同的字符串，并返回常量池中创建的字符串的引用，JDK1.7 以及之后的处理方式是在常量池中记录此字符串的引用，并返回该引用。
> 在编译过程中，Javac 编译器（下文中统称为编译器）会进行一个叫做 **常量折叠(Constant Folding)** 的代码优化。《深入理解 Java 虚拟机》中是也有介绍到：
>
> ![](https://guide-blog-images.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/javaguide/image-20210817142715396.png)
>
> 常量折叠会把常量表达式的值求出来作为常量嵌在最终生成的代码中，这是 Javac 编译器会对源代码做的极少量优化措施之一(代码优化几乎都在即时编译器中进行)。
>
> 对于 `String str3 = "str" + "ing";` 编译器会给你优化成 `String str3 = "string";` 。
>
> 并不是所有的常量都会进行折叠，只有编译器在程序编译期就可以确定值的常量才可以：
>
> 1. 基本数据类型(byte、boolean、short、char、int、float、long、double)以及字符串常量
> 2. `final` 修饰的基本数据类型和字符串变量
> 3. 字符串通过 “+”拼接得到的字符串、基本数据类型之间算数运算（加减乘除）、基本数据类型的位运算（<<、\>>、\>>> ）
因此，`str1` 、 `str2` 、 `str3` 都属于字符串常量池中的对象。
引用的值在程序编译期是无法确定的，编译器无法对其进行优化。
JDK8 :
对象引用和“+”的字符串拼接方式，实际上是通过 `StringBuilder` 调用 `append()` 方法实现的，拼接完成之后调用 `toString()` 得到一个 `String` 对象 。
```java
String s1 = "计算机";
String s2 = s1.intern();
String s3 = "计算机";
System.out.println(s2);//计算机
System.out.println(s1 == s2);//true
System.out.println(s3 == s2);//true，因为两个都是常量池中的 String 对象
String str4 = new StringBuilder().append(str1).append(str2).toString();
```
**字符串拼接:**
因此，`str4` 并不是字符串常量池中存在的对象，属于堆上的新对象。
我画了一个图帮助理解：
![](https://guide-blog-images.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/java-guide-blog/%E5%AD%97%E7%AC%A6%E4%B8%B2%E6%8B%BC%E6%8E%A5-%E5%B8%B8%E9%87%8F%E6%B1%A0.png)
我们在平时写代码的时候，尽量避免多个字符串对象拼接，因为这样会重新创建对象。如果需要改变字符串的话，可以使用 `StringBuilder` 或者 `StringBuffer`。
不过，字符串使用 `final` 关键字声明之后，可以让编译器当做常量来处理。
```java
String str1 = "str";
String str2 = "ing";
final String str1 = "str";
final String str2 = "ing";
// 下面两个表达式其实是等价的
String c = "str" + "str2";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 常量池中的对象
System.out.println(c == d);// true
```
String str3 = "str" + "ing";//常量池中的对象
String str4 = str1 + str2; //在堆上创建的新的对象
String str5 = "string";//常量池中的对象
System.out.println(str3 == str4);//false
System.out.println(str3 == str5);//true
System.out.println(str4 == str5);//false
被 `final` 关键字修改之后的 `String` 会被编译器当做常量来处理，编译器在程序编译期就可以确定它的值，其效果就想到于访问常量。
如果 ，编译器在运行时才能知道其确切值的话，就无法对其优化。
示例代码如下（`str2` 在运行时才能确定其值）：
```java
final String str1 = "str";
final String str2 = getStr();
String c = "str" + "str2";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 常量池中的对象
System.out.println(c == d);// false
public static String getStr() {
return "ing";
}
```
**我们再来看一个类似的问题！**
```java
String str1 = "abcd";
String str2 = new String("abcd");
String str3 = new String("abcd");
System.out.println(str1==str2);
System.out.println(str2==str3);
```
上面的代码运行之后会输出什么呢？
答案是：
```
false
false
```
**这是为什么呢？**
我们先来看下面这种创建字符串对象的方式：
```java
// 从字符串常量池中拿对象
String str1 = "abcd";
```
这种情况下，jvm 会先检查字符串常量池中有没有"abcd"，如果字符串常量池中没有，则创建一个，然后 str1 指向字符串常量池中的对象，如果有，则直接将 str1 指向"abcd""；
因此，`str1` 指向的是字符串常量池的对象。
我们再来看下面这种创建字符串对象的方式：
```java
// 直接在堆内存空间创建一个新的对象。
String str2 = new String("abcd");
String str3 = new String("abcd");
```
![字符串拼接](./pictures/java内存区域/字符串拼接-常量池.png)
**只要使用 new 的方式创建对象，便需要创建新的对象** 。
尽量避免多个字符串拼接，因为这样会重新创建对象。如果需要改变字符串的话，可以使用 StringBuilder 或者 StringBuffer。
使用 new 的方式创建对象的方式如下，可以简单概括为 3 步：
1. 在堆中创建一个字符串对象
2. 检查字符串常量池中是否有和 new 的字符串值相等的字符串常量
3. 如果没有的话需要在字符串常量池中也创建一个值相等的字符串常量，如果有的话，就直接返回堆中的字符串实例对象地址。
因此，`str2` 和 `str3` 都是在堆中新创建的对象。
**字符串常量池比较特殊，它的主要使用方法有两种：**
1. 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。
2. 如果不是用双引号声明的 `String` 对象，使用 `String` 提供的 `intern()` 方法也有同样的效果。`String.intern()` 是一个 Native 方法，它的作用是：如果运行时常量池中已经包含一个等于此 String 对象内容的字符串，则返回常量池中该字符串的引用；如果没有，JDK1.7 之前（不包含 1.7）的处理方式是在常量池中创建与此 `String` 内容相同的字符串，并返回常量池中创建的字符串的引用，JDK1.7 以及之后，字符串常量池被从方法区拿到了堆中，jvm 不会在常量池中创建该对象，而是将堆中这个对象的引用直接放到常量池中，减少不必要的内存开销。
示例代码如下（JDK 1.8） :
```java
String s1 = "Javatpoint";
String s2 = s1.intern();
String s3 = new String("Javatpoint");
String s4 = s3.intern();
System.out.println(s1==s2); // True
System.out.println(s1==s3); // False
System.out.println(s1==s4); // True
System.out.println(s2==s3); // False
System.out.println(s2==s4); // True
System.out.println(s3==s4); // False
```
**总结** ：
1. 对于基本数据类型来说，==比较的是值。对于引用数据类型来说，==比较的是对象的内存地址。
2. 在编译过程中，Javac 编译器（下文中统称为编译器）会进行一个叫做 **常量折叠(Constant Folding)** 的代码优化。常量折叠会把常量表达式的值求出来作为常量嵌在最终生成的代码中，这是 Javac 编译器会对源代码做的极少量优化措施之一(代码优化几乎都在即时编译器中进行)。
3. 一般来说，我们要尽量避免通过 new 的方式创建字符串。使用双引号声明的 `String` 对象（ `String s1 = "java"` ）更利于让编译器有机会优化我们的代码，同时也更易于阅读。
4. 被 `final` 关键字修改之后的 `String` 会被编译器当做常量来处理，编译器程序编译期就可以确定它的值，其效果就想到于访问常量。
### 4.2 String s1 = new String("abc");这句话创建了几个字符串对象？
**将创建 1 或 2 个字符串。如果池中已存在字符串常量“abc”，则只会在堆空间创建一个字符串常量“abc”。如果池中没有字符串常量“abc”，那么它将首先在池中创建，然后在堆空间中创建，因此将创建总共 2 个字符串对象。**
将创建 1 或 2 个字符串。如果池中已存在字符串常量“abc”，则只会在堆空间创建一个字符串常量“abc”。如果池中没有字符串常量“abc”，那么它将首先在池中创建，然后在堆空间中创建，因此将创建总共 2 个字符串对象。
**验证：**
......@@ -397,27 +514,11 @@ true
### 4.3 8 种基本类型的包装类和常量池
**Java 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；前面 4 种包装类默认创建了数值[-128，127] 的相应类型的缓存数据，Character 创建了数值在[0,127]范围的缓存数据，Boolean 直接返回 True Or False。如果超出对应范围仍然会去创建新的对象。** 为啥把缓存设置为[-128，127]区间？（[参见 issue/461](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/461)）性能和资源之间的权衡。
```java
public static Boolean valueOf(boolean b) {
return (b ? TRUE : FALSE);
}
```
```java
private static class CharacterCache {
private CharacterCache(){}
Java 基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术。
static final Character cache[] = new Character[127 + 1];
static {
for (int i = 0; i < cache.length; i++)
cache[i] = new Character((char)i);
}
}
```
`Byte`,`Short`,`Integer`,`Long` 这 4 种包装类默认创建了数值 **[-128，127]** 的相应类型的缓存数据，`Character` 创建了数值在 **[0,127]** 范围的缓存数据，`Boolean` 直接返回 `True` Or `False`。
两种浮点数类型的包装类 Float,Double 并没有实现常量池技术。
两种浮点数类型的包装类 `Float`,`Double` 并没有实现常量池技术。
```java
Integer i1 = 33;
......@@ -439,22 +540,63 @@ System.out.println(i3 == i4);// 输出 false
*/
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
}
```
**`Character` 缓存源码:**
```java
public static Character valueOf(char c) {
if (c <= 127) { // must cache
return CharacterCache.cache[(int)c];
}
return new Character(c);
}
private static class CharacterCache {
private CharacterCache(){}
static final Character cache[] = new Character[127 + 1];
static {
for (int i = 0; i < cache.length; i++)
cache[i] = new Character((char)i);
}
}
```
**应用场景：**
**`Boolean` 缓存源码：**
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。
```java
public static Boolean valueOf(boolean b) {
return (b ? TRUE : FALSE);
}
```
如果超出对应范围仍然会去创建新的对象，缓存的范围区间的大小只是在性能和资源之间的权衡。
下面我们来看一下问题。下面的代码的输出结果是 `true` 还是 `flase` 呢？
```java
Integer i1 = 40;
Integer i2 = new Integer(40);
System.out.println(i1==i2);//输出 false
System.out.println(i1==i2);
```
`Integer i1=40` 这一行代码会发生拆箱，也就是说这行代码等价于 `Integer i1=Integer.valueOf(40)` 。因此，`i1` 直接使用的是常量池中的对象。而`Integer i1 = new Integer(40)` 会直接创建新的对象。
因此，答案是 `false` 。你答对了吗？
记住：**所有整型包装类对象之间值的比较，全部使用 equals 方法比较**。
![](https://guide-blog-images.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/javaguide/20210313164740893.png)
**Integer 比较更丰富的一个例子:**
```java
......@@ -465,28 +607,17 @@ 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));
```
结果：
```
i1=i2 true
i1=i2+i3 true
i1=i4 false
i4=i5 false
i4=i5+i6 true
40=i5+i6 true
System.out.println(i1 == i2);// true
System.out.println(i1 == i2 + i3);//true
System.out.println(i1 == i4);// false
System.out.println(i4 == i5);// false
System.out.println(i4 == i5 + i6);// true
System.out.println(40 == i5 + i6);// true
```
解释：
`i1`, `i2 `，`i3` 都是常量池中的对象，`i4` ，`i5` , `i6` 是堆中的对象。
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。
`i4 == i5 + i6` 为什么是 true 呢？因为， `i5` 和 `i6` 会进行自动拆箱操作，进行数值相加，即 `i4 == 40` 。 `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。
## 参考
......@@ -497,3 +628,4 @@ i4=i5+i6 true
- <https://dzone.com/articles/jvm-permgen-%E2%80%93-where-art-thou>
- <https://stackoverflow.com/questions/9095748/method-area-and-permgen>
- 深入解析 String#intern<https://tech.meituan.com/2014/03/06/in-depth-understanding-string-intern.html>
- R 大（RednaxelaFX）关于常量折叠的回答：https://www.zhihu.com/question/55976094/answer/147302764
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