Java 字符串常量池介绍，String Pool 的实现
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错在情深
2024-11-07 12:29:05
基础类型的包装类如Integer、Long、Short、Byte和Character都具备缓存机制，它们在特定范围内存储了常量值，如Integer缓存了-128到127之间的值。而String类作为非基础类型，也有类似机制，通过String Pool来缓存字符串对象，以减少内存开销。
值得注意的是，Integer类的缓存区间可以通过设置`java.lang.Integer.IntegerCache.high`来调整。而对于String Pool，其内部使用HashTable结构存储字符串，每个元素构成链表，这一设计与常规使用的HashTable不同，JVM内部的HashTable无法动态扩容。
在程序中使用双引号表示字符串时，该字符串即会进入String Pool。同时，String类的`#intern()`方法被设计为确保字符串对象对于GC Roots的可达性，从而实现对象的回收。当String Pool中的对象过多时，可能导致年轻代垃圾回收（YGC）时间变长，进而影响程序性能。
在讨论String Pool的实现时，首先我们关注的是空间管理。在Java 6中，String Pool被置于PermGen空间中，但PermGen空间大小固定，这限制了String Pool的扩展能力，可能导致内存溢出异常。为了解决这一问题，Java 7引入了将String Pool移至堆空间中的改进措施，这使得应用调优工作更加灵活。到了Java 8，PermGen空间被完全废弃，String Pool随之转移到了MetaSpace中，进一步优化了内存管理。
对于String Pool的性能，其内部使用Hash Table存储字符串，并通过链表结构管理重复的字符串实例。在Java 6中，Hash Table的固定bucket数量为1009，后续版本通过配置选项`-XX:StringTableSize=N`调整了默认值至60013。这一值的选择基于质数考虑，以提高散列性能。尽管Hash Table不支持动态扩容，但它会在散列不均匀时进行再散列（rehash）以优化性能。
为了监控String Pool的使用情况，JVM提供`-XX:+PrintStringTableStatistics`启动参数，允许我们获取桶数量、字符串对象总数、占用总空间等统计数据。然而，这些信息仅在JVM退出时打印，且未提供实时获取能力。
为了测试String Pool的性能，可以设计实验插入大量不同字符串，记录性能变化。通过观察链表平均长度对性能的影响，可以发现当链表平均长度较小时，String Pool性能影响不大。针对实际应用，是否调整`-XX:StringTableSize=N`参数取决于具体需求，通常建议使用默认值，除非有特定优化需求。
对于自建String Pool的讨论，建议避免自行实现，因为JVM内置的String Pool已经经过优化。实现自建String Pool不仅复杂度较高，而且可能引入不必要的性能开销和内存管理问题。
总结本文内容，关键在于理解字符串常量池在Java运行时环境中的作用、实现机制以及性能优化策略。通过调整JVM参数如`-XX:StringTableSize=N`和`-XX:+PrintStringTableStatistics`，可以有效管理String Pool，提高程序的内存使用效率和性能。
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