淺談C#中的string駐留池
昨天看群里在討論C#中的string駐留池，炒的火熱，幾輪下來理論一堆堆，但是在證據提供上都比較尷尬。雖然這東西很基礎，但比較好的回答也不是那么容易，這篇我就以我能力范圍之內跟大家分享一下
一：無處不在的池
開發(fā)這么多年，相信大家對‘池' 這個概念都耳熟能詳了，連接池，線程池，對象池，還有這里的駐留池，池的存在就是為了復用為了共享，獨樂樂不如眾樂樂，畢竟一個字符串的生成和銷毀既浪費空間又浪費時間，還不如先養(yǎng)著。
1. 說說現象
通常我們臆想中是這么認為的，定義幾個字符串變量，堆上就會分配幾個string對象，其實這底層有一種叫駐留池技術可以做到如果兩個字符串內容相同，那就在堆上只分配一個string對象，然后將引用地址分配給兩個字符串變量，這樣就可以大大降低了內存使用，如果用代碼表示就是下面這樣。
public static void Main(string[] args)
{
var str1 = "nihao";
var str2 = "nihao";
var b = string.ReferenceEquals(str1, str2);
Console.WriteLine(b);
}
----------- output -----------
True
2. 實現原理
那怎么做到的呢？ 其實CLR在運行時調用JIT把你的MSIL代碼轉成機器代碼的時候會發(fā)現你的元數據中定義了相同內容的字符串對象，CLR就會把你的字符串放入它私有的的內部字典中，其中key就是字符串內容，value就是分配在堆上的字符串引用地址，這個字典就是所謂的駐留池，如果不是很明白，我來畫一張圖。
3. windbg驗證
可以用windbg看一下棧中的str1和str2是否都指向了堆上對象的地址。
~0s -> !clrstack -l 在主線程的線程棧上找到變量str1和str2
0:000> ~0s
ntdll!ZwReadFile+0x14:
00007ff8`fea4aa64 c3 ret
0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x1c1c (0)
Child SP IP Call Site
000000ac0b7fed00 00007ff889e608e9 *** WARNING: Unable to verify checksum for ConsoleApp2.exe
ConsoleApp2.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 30]
LOCALS:
0x000000ac0b7fed38 = 0x0000024a21f22d48
0x000000ac0b7fed30 = 0x0000024a21f22d48
000000ac0b7fef48 00007ff8e9396c93 [GCFrame: 000000ac0b7fef48]
從上面代碼的 LOCALS 的 0x000000ac0b7fed38 = 0x0000024a21f22d48 和 0x000000ac0b7fed30 = 0x0000024a21f22d48可以看到兩個局部變量的引用地址都是 0x0000024a21f22d48，說明指向的都是一個堆對象，接下來再把堆上的內容打出來。
0:000> !do 0x0000024a21f22d48
Name: System.String
MethodTable: 00007ff8e7a959c0
EEClass: 00007ff8e7a72ec0
Size: 36(0x24) bytes
File: C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String: nihao
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff8e7a985a0 4000281 8 System.Int32 1 instance 5 m_stringLength
00007ff8e7a96838 4000282 c System.Char 1 instance 6e m_firstChar
00007ff8e7a959c0 4000286 d8 System.String 0 shared static Empty
>> Domain:Value 0000024a203d41c0:NotInit <<
可以看到，果然是System.String對象，這就和我的圖是相符的。
二 駐留池的驗證
1. String下的駐留池驗證方法
很遺憾的是水平有限，由于駐留池既不在堆中也不在棧上，目前還不知道怎么用windbg去打印CLR中駐留池字典內容，不過也可以通過 string.Intern 去驗證。
//
// Summary:
// Retrieves the system's reference to the specified System.String.
//
// Parameters:
// str:
// A string to search for in the intern pool.
//
// Returns:
// The system's reference to str, if it is interned; otherwise, a new reference
// to a string with the value of str.
//
// Exceptions:
// T:System.ArgumentNullException:
// str is null.
[SecuritySafeCritical]
public static String Intern(String str);
從注釋中可以看到，這個方法的意思就是：如果你定義的str在駐留池中存在，那么就返回駐留池中命中內容的堆上引用地址，如果不存在，將新字符串插入駐留池中再返回堆上引用，先上一下代碼：
public static void Main(string[] args)
{
var str1 = "nihao";
var str2 = "nihao";
//驗證nihao是否在駐留池中，如果存在那么str3 和 str1，str2一樣的引用
var str3 = string.Intern("nihao");
//驗證新的字符串內容是否進入駐留池中
var str4 = string.Intern("cnblogs");
var str5 = string.Intern("cnblogs");
Console.ReadLine();
}
接下來分別驗證一下str3是否也是和str1和str2一樣的引用，以及str5是否存在駐留池中。
ConsoleApp2.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 37]
LOCALS:
0x00000047105fea58 = 0x0000018537312d48
0x00000047105fea50 = 0x0000018537312d48
0x00000047105fea48 = 0x0000018537312d48
0x00000047105fea40 = 0x0000018537312d70
0x00000047105fea38 = 0x0000018537312d70
從五個變量地址中可以看到，nihao已經被str1，str2，str3共享，cnblogs也進入了駐留池中實現了共享。
2. 運行期相同string是否進入駐留池
這里面有一個坑，前面討論的相同字符串都是在編譯期就知道的，但運行時中的相同字符串是否也會進入駐留池呢？ 這是一個讓人充滿好奇的話題，可以試一下，在程序運行時接受IO輸入內容hello，看看是否和str1，str2共享引用地址。
public static void Main(string[] args)
{
var str1 = "nihao";
var str2 = "nihao";
var str3 = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("輸入完成！");
Console.ReadLine();
}
0:000> !clrstack -l
000000f6d35fee50 00007ff889e7090d *** WARNING: Unable to verify checksum for ConsoleApp2.exe
ConsoleApp2.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 33]
LOCALS:
0x000000f6d35fee98 = 0x000002cb1a552d48
0x000000f6d35fee90 = 0x000002cb1a552d48
0x000000f6d35fee88 = 0x000002cb1a555f28
0:000> !do 0x000002cb1a555f28
Name: System.String
MethodTable: 00007ff8e7a959c0
EEClass: 00007ff8e7a72ec0
Size: 36(0x24) bytes
File: C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String: nihao
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff8e7a985a0 4000281 8 System.Int32 1 instance 5 m_stringLength
00007ff8e7a96838 4000282 c System.Char 1 instance 6e m_firstChar
00007ff8e7a959c0 4000286 d8 System.String 0 shared static Empty
>> Domain:Value 000002cb18ad39f0:NotInit <<
從上面內容可以看到，從Console.ReadLine接收到的引用地址是 0x000002cb1a555f28 ，雖然是相同內容，但卻沒有使用駐留池，這是因為駐留池在JIT靜態(tài)解析期就已經解析完成了，也就無法享受復用之優(yōu)，如果還想復用的話，在 Console.ReadLine() 包一層string.Intern即可，如下所示：
public static void Main(string[] args)
{
var str1 = "nihao";
var str2 = "nihao";
var str3 = string.Intern(Console.ReadLine());
Console.WriteLine("輸入完成！");
Console.ReadLine();
}
ConsoleApp2.Program.Main(System.String[]) [C:\dream\Csharp\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs @ 33]
LOCALS:
0x0000008fac1fe9c8 = 0x000001ff46582d48
0x0000008fac1fe9c0 = 0x000001ff46582d48
0x0000008fac1fe9b8 = 0x000001ff46582d48
可以看到這個時候str1，str2，str3共享一個內存地址 0x000001ff46582d48。
四： 總結
駐留池技術是個很🐮👃的東西，很好的解決字符串在堆上的重復分配問題，大大減小了堆的內存占用，但也要明白運行期的IO輸入無法共享駐留池的解決方案。
好了，本篇就說到這里，希望對你有幫助！
以上就是淺談C#中的string駐留池的詳細內容，更多關于C# string駐留池的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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