String s = new String("xyz")創(chuàng)建了幾個(gè)實(shí)例你真的能答對嗎？

String s = new String("xyz"); 創(chuàng)建了幾個(gè)實(shí)例？

這是一道很經(jīng)典的面試題，在一本所謂的Java寶典上，我看到的“標(biāo)準(zhǔn)答案”是這樣的：

兩個(gè)，一個(gè)堆區(qū)的“xyz”，一個(gè)棧區(qū)指向“xyz”的s。

這個(gè)所謂的“標(biāo)準(zhǔn)答案”槽點(diǎn)更多，后面我們會(huì)慢慢分析。

雖然答案很離譜，但是我覺得這個(gè)問題本身也不具有什么意義，因?yàn)閱栴}沒有既定義“創(chuàng)建”的具體含義，又沒有指定“創(chuàng)建”的時(shí)間，是運(yùn)行時(shí)嗎？包不包括類加載的時(shí)候？有沒有上下文代碼語境？也沒有定義實(shí)例是指什么實(shí)例，是指Java實(shí)例嗎？還是單指String實(shí)例？包不包括JVM中的C++實(shí)例？

顯然，這個(gè)問題是一個(gè)“有問題的問題”。這個(gè)答案也是一個(gè)“有問題的答案”。

String結(jié)構(gòu)

在分析之前，為了能更好的理解后面的知識(shí)點(diǎn)，我們需要對Java中的String結(jié)構(gòu)有一個(gè)大致了解：

從上圖可以看出，String類有三個(gè)屬性：

• value：char數(shù)組，用于用于存儲(chǔ)字符

• hash：緩存字符串的哈希碼，默認(rèn)為0

• serialVersionUID：序列化用的

正常的問題與“合理的解釋”

在上面的題干上加上"String"限定詞，可以得到一個(gè)比較合理的問題:

String s = new String("xyz");創(chuàng)建幾個(gè)String實(shí)例？

對于這個(gè)問題，網(wǎng)上也有很多錯(cuò)誤的答案和解析，我認(rèn)為這個(gè)答案看起來比較合理：

兩個(gè)，一個(gè)是字符串字面量"xyz"所對應(yīng)的、存在于全局共享的常量池中的實(shí)例，另一個(gè)是通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建并初始化的、內(nèi)容（字符）與"xyz"相同的實(shí)例。如果常量池中如果已經(jīng)存在這個(gè)字符串，就只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)。同時(shí)在棧區(qū)還會(huì)有一個(gè)對new出來的String實(shí)例的引用s。

考慮到了棧與堆，提到了常量池，我認(rèn)為這已經(jīng)達(dá)到大部分面試官對這個(gè)題目答案的期許了，或許這也是面試官想要考察的點(diǎn)。

但這個(gè)答案也僅是比較合理，并不完全正確。

首先，我不理解的是為什么很多答主總是用“常量池”來代替“字符串常量池”，在Java體系中，其實(shí)是有三個(gè)常量池的，三個(gè)常量池的概念和用處都不相同，混淆在一起容易給別人造成誤解。

其次，就算答主說的“常量池”就是“字符串常量池”，可“字符串常量池”中存的是String實(shí)例的引用，而不是字符串，這是有很大區(qū)別的。而且這個(gè)答案是沒有考慮代碼執(zhí)行的環(huán)境。

這些問題，下面都會(huì)一一分析。

分清變量和實(shí)例

我們先回到開頭的問題與“標(biāo)準(zhǔn)答案” ：

String s = new String("xyz"); 創(chuàng)建了幾個(gè)實(shí)例？

兩個(gè)，一個(gè)堆區(qū)的“xyz”，一個(gè)棧區(qū)指向“xyz”的s

很明顯寫答案的人沒有把變量和實(shí)例分清楚。在Java里，變量就是變量，類型的變量只是對某個(gè)對象實(shí)例或者null的，不是實(shí)例本身。聲明變量的個(gè)數(shù)跟創(chuàng)建實(shí)例的個(gè)數(shù)沒有必然關(guān)系。

舉個(gè)例子：

String?s1?=?"xyz";??
String?s2?=?s1.concat("");??
String?s3?=?null;??
new?String(s1);??

這段代碼會(huì)涉及3個(gè)String類型的變量：?

• s1，指向下面String實(shí)例的1?

• s2，指向與s1相同?

• s3，值為null，不指向任何實(shí)例?

以及3個(gè)String實(shí)例：

• "xyz"字面量對應(yīng)的駐留的字符串常量的String實(shí)例?

• ""空字符串字面量對應(yīng)的駐留的字符串常量的String實(shí)例?

• 通過new String(String)創(chuàng)建的新String實(shí)例，沒有任何變量指向它

類加載

對于String s = new String("xyz");創(chuàng)建幾個(gè)String實(shí)例？這個(gè)問題。

似乎網(wǎng)上的所有答案都把類加載過程和實(shí)際執(zhí)行過程合在一起分析的。看起來是沒有什么問題的，因?yàn)橄胍獔?zhí)行某個(gè)代碼片段，其所在的類必然要被加載，而且對于同一個(gè)類加載器，最多加載一次。

但是我們看一下這段代碼的字節(jié)碼：

字節(jié)碼中似乎只出現(xiàn)了一次new java/lang/String，也就是只創(chuàng)建了一個(gè)String實(shí)例。也就是說原問題中的代碼在每執(zhí)行一次只會(huì)新創(chuàng)建一個(gè)String實(shí)例。

這里的ldc指令只是把先前在類加載過程中已經(jīng)創(chuàng)建好的一個(gè)String實(shí)例（"xyz"）的一個(gè)引用壓到操作數(shù)棧頂而已，并沒有創(chuàng)建新的String實(shí)例。

不是應(yīng)該有兩個(gè)實(shí)例嗎？還有一個(gè)String實(shí)例是在什么時(shí)候創(chuàng)建的呢？

還有一個(gè)String實(shí)例在類加載的時(shí)候創(chuàng)建。

我們都知道類加載的解析階段是Java虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程，根據(jù)JVM規(guī)范，符合規(guī)范的JVM實(shí)現(xiàn)應(yīng)該在類加載的過程中創(chuàng)建并駐留一個(gè)String實(shí)例作為常量來對應(yīng)"xyz"字面量，具體是在類加載的解析階段進(jìn)行的。這個(gè)常量是全局共享的，只在先前尚未有內(nèi)容相同的字符串駐留過的前提下才需要?jiǎng)?chuàng)建新的String實(shí)例。?

所以你可以理解成：

在類加載的解析階段，其實(shí)已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)String實(shí)例，執(zhí)行代碼的時(shí)候，又new了一個(gè)String實(shí)例。

JVM的優(yōu)化

以上討論都只是針對規(guī)范所定義的Java語言與Java虛擬機(jī)而言。概念上是如此，但實(shí)際的JVM實(shí)現(xiàn)可以做得更優(yōu)化，原問題中的代碼片段有可能在實(shí)際執(zhí)行的時(shí)候一個(gè)String實(shí)例也不會(huì)完整創(chuàng)建（沒有分配空間）。?

不結(jié)合上下文代碼來看就直接說是“標(biāo)準(zhǔn)答案”就是耍流氓。

我們看下這段代碼：

運(yùn)行這段代碼，會(huì)不斷的創(chuàng)建String對象吃內(nèi)存，然后頻繁的造成GC。對于這個(gè)結(jié)論相信大家都沒有意見。

我們加上-XX:+PrintGC打印日志；加上-XX:-DoEscapeAnalysis關(guān)閉逃逸分析（JDK8默認(rèn)開啟此優(yōu)化，我們先關(guān)閉）

運(yùn)行一下看看：

結(jié)果確實(shí)如我們所料，不斷的創(chuàng)建String對象吃內(nèi)存，造成頻繁GC。

我們現(xiàn)在將-XX:-DoEscapeAnalysis改成-XX:+DoEscapeAnalysis，重新跑一下這段代碼:

神奇的事情發(fā)生了，繼續(xù)跑下去也沒有再打出GC日志了。難道新創(chuàng)建String對象都不吃內(nèi)存了么？?

實(shí)際情況是：經(jīng)過HotSpot VM的的優(yōu)化后，newString()方法不會(huì)新創(chuàng)建String實(shí)例了。這樣自然不吃內(nèi)存，也就不再觸發(fā)GC了。?

現(xiàn)在再來看開篇的那個(gè)問題，不結(jié)合具體情況，還能簡單的說String s = new String("xyz");會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)String實(shí)例嗎？

我只是舉了一個(gè)逃逸分析的例子，HotSpot VM還有很多像這樣的優(yōu)化，比如方法內(nèi)聯(lián)、標(biāo)量替換和無用代碼削除。這些都會(huì)影響對象的創(chuàng)建的。

klass-oop

如果題干上沒有加上“Java”實(shí)例的定語，那JVM中的oop實(shí)例我們也不應(yīng)該忽略。

為了后面能更好的說清楚這一點(diǎn)，先大致的介紹一下klass-opp模型。先做一個(gè)約定，全文只要涉及JVM具體實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容都是基于Jdk8中HotSpot VM展開的。

HotSpot VM是基于C++實(shí)現(xiàn)，而C++是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，本身是具備面向?qū)ο蠡咎卣鞯模訨ava中的對象表示，最簡單的做法是為每個(gè)Java類生成一個(gè)C++類與之對應(yīng)。但HotSpot VM并沒有這么做，而是設(shè)計(jì)了一套klass-oop模型。

klass，它是Java類的元信息在JVM中的存在形式。一個(gè)Java類被JVM類加載器加載之后，就是以klass的形式存在于JVM之中。

oop，它是Java對象在JVM中的存在形式。每創(chuàng)建一個(gè)新的對象，在JVM內(nèi)部就會(huì)相應(yīng)地創(chuàng)建一個(gè)對應(yīng)類型的OOP對象。

其中instanceOopDesc表示非數(shù)組對象；

arrayOopDesc表示數(shù)組對象；

而objArrayOopDesc表示引用類型數(shù)組對象；

typeArrayOopDesc表示基本類型數(shù)組對象。

舉個(gè)例子：Java中String類的一個(gè)實(shí)例，在JVM中會(huì)有一個(gè)對應(yīng)的instanceOopDesc實(shí)例。

字符串常量池

在Java體系中，有三種常量池：

• class字節(jié)碼中的常量池：存在于硬盤上。主要存放字面量和符號(hào)引用。

  
  

• 運(yùn)行時(shí)常量池：方法區(qū)的一部分。我們常說的常量池，就是指這一塊區(qū)域。

  
  

• 字符串常量池：存在于堆區(qū)。這個(gè)常量池在JVM層面就是一個(gè)StringTable，只存儲(chǔ)對java.lang.String實(shí)例的引用，而不存儲(chǔ)String對象的內(nèi)容。一般我們說一個(gè)字符串進(jìn)入了字符串常量池其實(shí)是說在這個(gè)StringTable中保存了對它的引用，反之，如果說沒有在其中就是說StringTable中沒有對它的引用。

今天，我們要了解的是字符串常量池。

字符串常量池，即String Pool。在JVM中對應(yīng)的類是StringTable，底層實(shí)現(xiàn)是一個(gè)Hashtable。利用的是哈希思想。

看一段往字符串常量池添加字符串引用的方法：

上面面這段代碼雖然是C++寫的，但我相信學(xué)過Java的人都能看懂，至少也能明白這段代碼干了什么事情。無非是通過String的內(nèi)容+長度生成的hashValue值定位下標(biāo)index，然后將Java的String類的實(shí)例對應(yīng)的instanceOopDesc封裝成HashtableEntry作為存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)到常量池。

補(bǔ)充完字符串常量池的知識(shí)之后，我們再回到文章開頭的那一題：

String s = new String("xyz");創(chuàng)建了幾個(gè)實(shí)例？

如果包括JVM中的C++實(shí)例的話，有兩個(gè)Java的String實(shí)例，兩個(gè)String實(shí)例對應(yīng)的instanceOopDesc實(shí)例，還有一個(gè)char[]數(shù)組對應(yīng)的typeArrayOopDesc實(shí)例，加一起一共是5個(gè)。也可以說2個(gè)String實(shí)例加上3個(gè)oop實(shí)例。

不理解的可以看下面這張內(nèi)存圖（圖中省略了兩個(gè)String對應(yīng)的instanceOopDesc實(shí)例）。

總結(jié)

String s = new String("xyz"); 創(chuàng)建了幾個(gè)實(shí)例？

通過以上的分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，每在這道題目的題干上每加一個(gè)定語，這道題目就會(huì)有不同的答案。是否考慮類加載過程，是否考慮JVM優(yōu)化，是否包括對應(yīng)的oop實(shí)例等等等等，都會(huì)有不同的答案。

如果下次有人問你這個(gè)問題，不妨把這篇的文章分享給他。

文中涉及代碼：https://github.com/xiaoyingzhi/blog

參考文章：

http://isfeasible.cn/posts/view/5b84b6ab3957bb300a5bca94

https://www.iteye.com/blog/rednaxelafx-774673

http://lovestblog.cn/blog/2014/06/28/hsdb-string/

好文章，我在看??