探究Java常量本質(zhì)及三種常量池(小結(jié))

更新時間：2019年09月29日 10:17:23 作者：沉曉

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，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

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,細節(jié)的內(nèi)容無從得知，總覺得面前的東西是一個幾乎完全的黑盒，總是覺得不舒服，于是就翻閱《深入理解Java虛擬機》，這本書中對常量的介紹更多地偏重于字節(jié)碼文件的結(jié)構(gòu)，還有在自動內(nèi)存管理機制中也介紹了運行時常量池, 查閱資料后腦海中有了一定的認識。

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行時常量池。

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)和符號引用量(Symbolic References)，字面量相當于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

而運行時常量池，則是jvm虛擬機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)中的運行時常量池。

運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態(tài)性，Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生，也就是并非預置入class文件中常量池的內(nèi)容才能進入方法區(qū)運行時常量池，運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：

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

是不是發(fā)現(xiàn)很吃驚啊

我們對第二個演示的代碼塊進行反編譯一下

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Main()是構(gòu)造方法下面的是main方法

0: getstatic # 2 對應的是System.out
3: ldc #4 對應的值直接是 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行它和Father類沒有半毛錢的關(guān)系了

實際上，在編譯階段常量就會被存入到調(diào)用這個常量的方法所在的類的常量池當中

從這個例子中可以看出這里的str 是一個常量調(diào)用這個常量的方法是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制這里暫時寫不說這個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)過驗證，準備階段之后在堆中生成字符串對象實例，然后將該字符串對象實例的引用值存到string pool中（記住：string pool中存的是引用值而不是具體的實例對象，具體的實例對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里實現(xiàn)的string pool功能的是一個StringTable類，它是一個哈希表，里面存的是駐留字符串(也就是我們常說的用雙引號括起來的)的引用（而不是駐留字符串實例本身），也就是說在堆中的某些字符串實例被這個StringTable引用之后就等同被賦予了”駐留字符串”的身份。這個StringTable在每個HotSpot VM的實例只有一份，被所有的類共享。

回到運行常量池（runtime constant pool）

jvm在執(zhí)行某個類的時候，必須經(jīng)過加載、連接、初始化，而連接又包括驗證、準備、解析三個階段。

而當類加載到內(nèi)存中后，jvm就會將靜態(tài)常量池中的內(nèi)容存放到運行時常量池中，由此可知，運行時常量池也是每個類都有一個。

靜態(tài)常量池中存的是字面量和符號引用，也就是說它們存的并不是對象的實例，而是對象的符號引用值。而經(jīng)過解析（resolve）之后，也就是把符號引用替換為直接引用，解析的過程會去查詢字符串常量池，也就是我們上面所說的StringTable，以保證運行時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)鍵的是這個常量的值能否在編譯時期確定下來，顯然這里的例子在編譯期的時候顯然是確定不下來的。需要在運行期才能能夠確定下來，這要求目標類要進行初始化

當常量的值并非編譯期間可以確定的，那么其值不會被放到調(diào)用類的常量池中
這時在程序運行時，會導致主動使用這個常量所在的類，顯然會導致這個類被初始化。
（這個涉及到類的加載機制，后面會寫這里做個標記）

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表示將一個短整型常量值（-32768~32767）推送至棧頂

再進行更改

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