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java 常量池详解

news 来源：原创 2025/5/16 21:57:07

java 常量池详解
- 一静态常量池（Static Constant Pool）
- - 1.1 概述
  - 1.2 存储内容
  - 1.3 特点
  - 1.4 示例
- 二运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- - 2.1 概述
  - 2.2 存储内容
  - 2.3 特点
  - 2.4 示例
- 三基础类型常量池（Primitive Type Constant Pool）
- - 3.1 概述
  - 3.2 存储内容
  - 3.3 特点
  - 3.4 示例
  - 3.5 JVM 参数调整缓存范围
- 四字符串常量池（String Constant Pool）
- - 4.1 概述
  - 4.2 特点
  - 4.3 存储内容
  - 4.4 工作机制
  - - 1. 字符串字面量
    - 2. `String.intern()` 方法
  - 4.5 优点
  - 4.6 注意事项
- 五常量池的关系与区别
- 六总结

java 常量池详解

在 Java JVM（以 JDK 11 为例）中，常量池是优化内存使用和提高性能的重要机制。常量池主要包括静态常量池、运行时常量池、基础类型常量池和字符串常量池。以下将对这四种常量池进行详细整理和介绍。

一静态常量池（Static Constant Pool）

1.1 概述

静态常量池是指每个 .class 文件中包含的常量池部分，由 Java 编译器在编译时生成。它主要用于存储在编译期间已知的各种字面量和符号引用。

1.2 存储内容

字面量（Literals）：
- 数值字面量：如 int、long、float、double、char、boolean 的常量值。
- 字符串字面量：如 "Hello World"。
符号引用（Symbolic References）：
- 类或接口的全限定名：如 java/lang/String。
- 字段的名称和描述符：如 age 和 I（表示 int 类型）。
- 方法的名称和描述符：如 main 和 ([Ljava/lang/String;)V。

1.3 特点

编译期生成：静态常量池在编译时就已经确定，并存储在 .class 文件中。
不可变性：一旦编译完成，静态常量池中的内容不可更改。
类级别：每个类文件对应一个静态常量池，多个类文件拥有各自独立的静态常量池。

1.4 示例

假设有如下 Java 类：

public class Example {private static final int CONSTANT_INT = 100;private static final String CONSTANT_STRING = "Hello";public static void main(String[] args) {System.out.println(CONSTANT_INT);System.out.println(CONSTANT_STRING);}
}

在编译后的 Example.class 文件中，静态常量池会包含：

整数 100
字符串 "Hello"
类 java/lang/System
字段 out 和 println 方法的符号引用

二运行时常量池（Runtime Constant Pool）

2.1 概述

运行时常量池是 JVM 在类加载后，静态常量池的一个运行时表示。它是方法区的一部分（在 JDK 8 及之后版本中，属于元空间 Metaspace），用于在程序运行时管理和使用常量。

2.2 存储内容

来自静态常量池的内容：
- 字面量（如数值、字符串）。
- 符号引用解析后的直接引用（如指向内存地址的指针）。
动态生成的内容：
- 通过 String.intern() 方法动态添加的字符串。
- 动态语言的元数据（如在 JVM 上运行的动态语言）。

2.3 特点

动态性：可以在运行时动态添加新的常量，如通过 intern() 方法。
内存位置：在 JDK 8 及之后版本中，运行时常量池位于堆内存的元空间中。
生命周期：与类的生命周期相关，类被卸载时，常量池也会被回收。

2.4 示例

public class RuntimePoolTest {public static void main(String[] args) {String str1 = "Hello"; // 静态常量String str2 = new String("Hello").intern(); // 动态添加到运行时常量池}
}

在上述代码中：

"Hello" 是编译时的字符串字面量，已存在于静态常量池。
str2 通过 intern() 方法将 "Hello" 的引用添加到运行时常量池。

三基础类型常量池（Primitive Type Constant Pool）

3.1 概述

基础类型常量池主要针对 Java 中的基本数据类型（如 int、long 等）以及其对应的包装类（如 Integer、Long 等），用于优化内存使用和提高性能。

3.2 存储内容

基本数据类型的常量值：
- 如整数 1、浮点数 3.14、字符 'A'、布尔值 true 等。
包装类的缓存对象：
- 包装类如 Integer、Long、Short、Byte、Character、Boolean 提供了缓存机制，存储常用的常量值。

3.3 特点

缓存机制：包装类会缓存一定范围内的常量对象，以减少内存开销和提升性能。
范围限制

：
- Integer 和 Long：默认缓存范围是 -128 到 127。
- Short 和 Byte：所有值都在缓存范围内。
- Character：缓存范围是 \u0000 到 \u007F（即 0 到 127）。
- Boolean：只有 true 和 false 两个值被缓存。
可调整性：某些包装类的缓存范围可以通过 JVM 参数进行调整（如 Integer 的缓存上限）。

3.4 示例

public class PrimitiveConstantPoolTest {public static void main(String[] args) {Integer a = 127;Integer b = 127;Integer c = 128;Integer d = 128;System.out.println(a == b); // true，引用同一个缓存对象System.out.println(c == d); // false，超出缓存范围，创建新对象}
}

在上述代码中：

a 和 b 都被自动装箱为 Integer 类型，且值在缓存范围内，因此引用同一个对象。
c 和 d 的值超出默认缓存范围，因此分别创建了不同的对象。

3.5 JVM 参数调整缓存范围

对于 Integer，可以通过以下 JVM 参数调整缓存上限：

-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=1000

这会将 Integer 的缓存范围扩展到 -128 到 1000。

四字符串常量池（String Constant Pool）

4.1 概述

字符串常量池是 JVM 中专门用于存储字符串字面量和通过 intern() 方法添加的字符串的区域。其主要目的是为了优化字符串的存储，避免重复创建相同内容的字符串对象，从而节省内存并提高性能。

4.2 特点

位置：
- JDK 7 及之后版本：字符串常量池位于堆内存中，作为普通对象的一部分。
- JDK 6 及之前版本：字符串常量池位于方法区（永久代 PermGen）。
唯一性：
- 常量池中的每个字符串都是唯一的。如果两个字符串内容相同，常量池中只存储一个实例。
动态性：
- 可以在运行时通过 String.intern() 方法动态添加新的字符串到常量池中。

4.3 存储内容

字符串字面量：如 "Hello"、"World" 等。
通过 intern() 方法添加的字符串。

4.4 工作机制

1. 字符串字面量

当创建字符串字面量时，JVM 会：

检查常量池：首先检查字符串常量池中是否已存在相同内容的字符串。
引用或添加：
- 如果存在，直接引用常量池中的字符串。
- 如果不存在，将该字符串添加到常量池中。

示例代码：

public class StringPoolTest {public static void main(String[] args) {String str1 = "Hello";String str2 = "Hello";System.out.println(str1 == str2); // 输出 true，引用同一个对象}
}

2. `String.intern()` 方法

功能：将字符串对象的引用添加到常量池中，并返回常量池中的引用。
行为：
- 如果常量池中已存在相同内容的字符串，则返回该引用。
- 如果不存在，则将当前字符串添加到常量池中，并返回其引用。

示例代码：

public class StringInternTest {public static void main(String[] args) {String str1 = new String("Hello");String str2 = str1.intern();String str3 = "Hello";System.out.println(str1 == str2); // 输出 false，str1 在堆中，str2 引用常量池System.out.println(str2 == str3); // 输出 true，str2 和 str3 引用同一常量池中的字符串}
}

4.5 优点

节省内存：相同内容的字符串只存储一个实例，减少内存开销。
提高性能：字符串比较操作更高效，因为可以直接比较引用。

4.6 注意事项

避免滥用 intern()
- 频繁调用 intern() 可能导致常量池中过多的字符串，增加内存压力和 GC 负担。
字符串拼接的优化
- 编译时拼接：如 "Hello" + "World" 会在编译时优化为 "HelloWorld"，直接引用常量池中的字符串。
- 运行时拼接：如使用 StringBuilder 进行动态拼接，结果字符串默认不在常量池中，需显式调用 intern() 才会被添加。

示例代码：

public class StringConcatTest {public static void main(String[] args) {String str1 = "Hello" + "World"; // 编译时优化为 "HelloWorld"String str2 = "HelloWorld";System.out.println(str1 == str2); // 输出 trueString str3 = "Hello";String str4 = str3 + "World"; // 运行时拼接String str5 = "HelloWorld";System.out.println(str4 == str5); // 输出 false}
}

五常量池的关系与区别

下表总结了静态常量池、运行时常量池、基础类型常量池和字符串常量池的主要区别与联系：

特性	静态常量池	运行时常量池	基础类型常量池	字符串常量池
定义位置	`.class` 文件中	JVM 的方法区（JDK 8 及后为元空间）	运行时常量池的一部分	堆内存中的专用区域
生成时间	编译时	类加载时和运行时	编译时和运行时	编译时和运行时
存储内容	字面量、符号引用	静态常量池的内容及运行时生成的新常量	基本数据类型的常量值及包装类的缓存对象	字符串字面量及通过 `intern()` 添加的字符串
是否可变	不可变	可动态扩展	基本类型常量不可变，包装类缓存可复用对象	可通过 `intern()` 动态添加
内存管理	与类文件生命周期一致	与类的生命周期一致，受垃圾回收影响	缓存对象存储在堆中，受垃圾回收管理	存储在堆中，受垃圾回收管理
主要优化目的	减少重复字面量和符号引用的存储	管理类加载时的常量，支持动态常量的添加	减少包装类对象的创建，提升性能	减少重复字符串对象的创建，节省内存

六总结

在 Java JVM 中，常量池机制通过不同类型的常量池（静态常量池、运行时常量池、基础类型常量池和字符串常量池）优化了内存使用和性能：

静态常量池：在编译时确定，存储类级别的常量和符号引用，存在于每个 .class 文件中。
运行时常量池：在类加载后，静态常量池的运行时表示，可以动态添加常量，位于方法区或元空间中。
基础类型常量池：针对基本数据类型和其包装类，提供缓存机制，减少对象创建，提高性能。
字符串常量池：专门用于存储字符串字面量和通过 intern() 添加的字符串，确保字符串唯一性，节省内存。

目录

java 常量池详解

一 静态常量池（Static Constant Pool）

1.1 概述

1.2 存储内容

1.3 特点

1.4 示例

二 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

2.1 概述

2.2 存储内容

2.3 特点

2.4 示例

三 基础类型常量池（Primitive Type Constant Pool）

3.1 概述

3.2 存储内容

3.3 特点

3.4 示例

3.5 JVM 参数调整缓存范围

四 字符串常量池（String Constant Pool）

4.1 概述

4.2 特点

4.3 存储内容

4.4 工作机制

1. 字符串字面量

2. String.intern() 方法

4.5 优点

4.6 注意事项

五 常量池的关系与区别

六 总结

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二运行时常量池（Runtime Constant Pool）

三基础类型常量池（Primitive Type Constant Pool）

四字符串常量池（String Constant Pool）

2. `String.intern()` 方法

五常量池的关系与区别

六总结