探究Java常量本質(zhì)及三種常量池(小結(jié))

更新時(shí)間：2019年09月29日 10:17:23 作者：沉?xí)?

這篇文章主要介紹了探究Java常量本質(zhì)及三種常量池(小結(jié))，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

之前從他人的博文，還有一些書籍中了解到常量是放在常量池中,細(xì)節(jié)的內(nèi)容無從得知，總覺得面前的東西是一個(gè)幾乎完全的黑盒，總是覺得不舒服，于是就翻閱《深入理解Java虛擬機(jī)》，這本書中對(duì)常量的介紹更多地偏重于字節(jié)碼文件的結(jié)構(gòu)，還有在自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制中也介紹了運(yùn)行時(shí)常量池, 查閱資料后腦海中有了一定的認(rèn)識(shí)。

Java中的常量池分為三種形態(tài)：靜態(tài)常量池，字符串常量池以及運(yùn)行時(shí)常量池。

靜態(tài)常量池

所謂靜態(tài)常量池，即*.class文件中的常量池，class文件中的常量池不僅僅包含字符串(數(shù)字)字面量，還包含類、方法的信息，占用class文件絕大部分空間。
這種常量池主要用于存放兩大類常量：字面量(Literal)和符號(hào)引用量(Symbolic References)，字面量相當(dāng)于Java語言層面常量的概念，如文本字符串，聲明為final的常量值等，符號(hào)引用則屬于編譯原理方面的概念，包括了如下三種類型的常量：

類和接口的全限定名
字段名稱和描述符
方法名稱和描述符

而運(yùn)行時(shí)常量池，則是jvm虛擬機(jī)在完成類裝載操作后，將class文件中的常量池載入到內(nèi)存中，并保存在方法區(qū)中，我們常說的常量池，就是指方法區(qū)中的運(yùn)行時(shí)常量池。

運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池的另外一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性，Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生，也就是并非預(yù)置入class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發(fā)人員利用比較多的就是String類的intern()方法。

String的intern()方法會(huì)查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有則返回該字符串的引用,如果沒有則添加自己的字符串進(jìn)入常量池。

那這樣來看，通過靜態(tài)常量池，即*.class文件中的常量池更能夠探究常量的含義了

下面看一段代碼

public class Main {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Father.str);
  }
}

class Father{
  public static String str = "Hello,world";
  static {
    System.out.println("Father static block");
  }
}

輸出結(jié)果為

再看另一個(gè)：

package com.company;

public class Main {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Father.str);
  }
}

class Father{
  public static final String str = "Hello,world";
  static {
    System.out.println("Father static block");
  }
}

結(jié)果：

只有一個(gè)

是不是發(fā)現(xiàn)很吃驚啊

我們對(duì)第二個(gè)演示的代碼塊進(jìn)行反編譯一下

D:\CodePractise\untitled\out\production\untitled\com\company>javap -c Main.class
Compiled from "Main.java"
public class com.company.Main {
 public com.company.Main();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc      #4         // String Hello,world
    5: invokevirtual #5         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: return
}

這里有一個(gè)Main()是構(gòu)造方法下面的是main方法

0: getstatic # 2 對(duì)應(yīng)的是System.out
3: ldc #4 對(duì)應(yīng)的值直接是 Hello,world 了確定的值沒有從Father類中取出

ldc表示將int，float或是String類型的常量值從常量池中推送至棧頂

竟然沒有?。?！即使刪除Father.class文件這段代碼照樣可以運(yùn)行它和Father類沒有半毛錢的關(guān)系了

實(shí)際上，在編譯階段常量就會(huì)被存入到調(diào)用這個(gè)常量的方法所在的類的常量池當(dāng)中

從這個(gè)例子中可以看出這里的str 是一個(gè)常量調(diào)用這個(gè)常量的方法是main方法 main方法所在的類是Main ，也就是說編譯之后str被放在了該類的常量池中

本質(zhì)上，調(diào)用類并沒有直接引用到定義常量的類，因此并不會(huì)觸發(fā)定義常量的類的初始化

類的初始化涉及到類的加載機(jī)制這里暫時(shí)寫不說這個(gè)留到之后必須要好好說說

字符串常量池（string pool也有叫做string literal pool）

全局字符串池里的內(nèi)容是在類加載完成，經(jīng)過驗(yàn)證，準(zhǔn)備階段之后在堆中生成字符串對(duì)象實(shí)例，然后將該字符串對(duì)象實(shí)例的引用值存到string pool中（記?。簊tring pool中存的是引用值而不是具體的實(shí)例對(duì)象，具體的實(shí)例對(duì)象是在堆中開辟的一塊空間存放的。）。

字符串常量池的位置的說法不太準(zhǔn)確
在JDK6.0及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen區(qū)(也就是方法區(qū))中；
在JDK7.0版本，字符串常量池被移到了堆中了。

在HotSpot VM里實(shí)現(xiàn)的string pool功能的是一個(gè)StringTable類，它是一個(gè)哈希表，里面存的是駐留字符串(也就是我們常說的用雙引號(hào)括起來的)的引用（而不是駐留字符串實(shí)例本身），也就是說在堆中的某些字符串實(shí)例被這個(gè)StringTable引用之后就等同被賦予了”駐留字符串”的身份。這個(gè)StringTable在每個(gè)HotSpot VM的實(shí)例只有一份，被所有的類共享。

回到運(yùn)行常量池（runtime constant pool）

jvm在執(zhí)行某個(gè)類的時(shí)候，必須經(jīng)過加載、連接、初始化，而連接又包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三個(gè)階段。

而當(dāng)類加載到內(nèi)存中后，jvm就會(huì)將靜態(tài)常量池中的內(nèi)容存放到運(yùn)行時(shí)常量池中，由此可知，運(yùn)行時(shí)常量池也是每個(gè)類都有一個(gè)。

靜態(tài)常量池中存的是字面量和符號(hào)引用，也就是說它們存的并不是對(duì)象的實(shí)例，而是對(duì)象的符號(hào)引用值。而經(jīng)過解析（resolve）之后，也就是把符號(hào)引用替換為直接引用，解析的過程會(huì)去查詢字符串常量池，也就是我們上面所說的StringTable，以保證運(yùn)行時(shí)常量池所引用的字符串與字符串常量池中所引用的是一致的。

我們看一個(gè)例子

import java.util.UUID;

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(TestValue.str);
  }
}

class TestValue{
  public static final String str = UUID.randomUUID().toString();

  static {
    System.out.println("TestValue static code");
  }
}

結(jié)果：

從聲明本身str都是常量，關(guān)鍵的是這個(gè)常量的值能否在編譯時(shí)期確定下來，顯然這里的例子在編譯期的時(shí)候顯然是確定不下來的。需要在運(yùn)行期才能能夠確定下來，這要求目標(biāo)類要進(jìn)行初始化

當(dāng)常量的值并非編譯期間可以確定的，那么其值不會(huì)被放到調(diào)用類的常量池中
這時(shí)在程序運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)使用這個(gè)常量所在的類，顯然會(huì)導(dǎo)致這個(gè)類被初始化。
（這個(gè)涉及到類的加載機(jī)制，后面會(huì)寫這里做個(gè)標(biāo)記）

反編譯探究一下：

Compiled from "Test.java"
class com.leetcodePractise.tstudy.TestValue {
 public static final java.lang.String str;

 com.leetcodePractise.tstudy.TestValue();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 static {};
  Code:
    0: invokestatic #2         // Method java/util/UUID.randomUUID:()Ljava/util/UUID;
    3: invokevirtual #3         // Method java/util/UUID.toString:()Ljava/lang/String;
    6: putstatic   #4         // Field str:Ljava/lang/String;
    9: getstatic   #5         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   12: ldc      #6         // String TestValue static code
   14: invokevirtual #7         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   17: return
}

很明顯TestValue類會(huì)初始化出來

常量介紹完之后這里記錄一下反編譯及助記符的筆記

package com.company;

public class Main {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Father.str);
    System.out.println(Father.s);
  }
}

class Father{
  public static final String str = "Hello,world";
  public static final short s = 6;
  static {
    System.out.println("Father static block");
  }
}

public class com.company.Main {
 public com.company.Main();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc      #4         // String Hello,world
    5: invokevirtual #5         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   11: bipush    6
   13: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   16: return
}

bipush 表示將單字節(jié)（-128-127）的常量值推送至棧頂

再加入

package com.company;

public class Main {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Father.str);
    System.out.println(Father.s);
    System.out.println(Father.t);
  }
}

class Father{
  public static final String str = "Hello,world";
  public static final short s = 6;
  public static final int t = 128;
  static {
    System.out.println("Father static block");
  }
}

進(jìn)行反編譯

public class com.company.Main {
 public com.company.Main();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc      #4         // String Hello,world
    5: invokevirtual #5         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   11: bipush    6
   13: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   16: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   19: sipush    128
   22: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   25: return
}

sipush表示將一個(gè)短整型常量值（-32768~32767）推送至棧頂

再進(jìn)行更改

package com.company;

public class Main {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Father.str);

    System.out.println(Father.t);
  }
}

class Father{
  public static final String str = "Hello,world";

  public static final int t = 1;
  static {
    System.out.println("Father static block");
  }
}

public class com.company.Main {
 public com.company.Main();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc      #4         // String Hello,world
    5: invokevirtual #5         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   11: bipush    6
   13: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   16: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   19: sipush    128
   22: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   25: return
}

D:\CodePractise\untitled\out\production\untitled\com\company>javap -c Main.class
Compiled from "Main.java"
public class com.company.Main {
 public com.company.Main();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1         // Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return

 public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc      #4         // String Hello,world
    5: invokevirtual #5         // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: getstatic   #2         // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   11: iconst_1
   12: invokevirtual #6         // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   15: return
}

這里變成了 iconst_1