測試用的Java版本: 11html
內存模型
當咱們學習字符串內存模型的時候常常看到相似這樣的圖java
這類圖簡明扼要得解釋了字符串變量、堆、常量池的引用關係，然而我以爲表述的並不許確，深刻思考時甚至經常被它誤導。git
衆所周知字符串的數據是以字節數組的形式存儲的，Java中除了八大基本數據類型外，都是以對象的形式存在，字節數組也不例外。只要是對象，必然擁有本身的獨立存儲空間，不會屈居在String對象的內存空間中：算法
經過查看String的構造方法便可證明s2的value和字節數組的關係。數組
這裏有更多相關測試，方便感興趣的同窗查看：學習
https://gitee.com/ellipse/java_practices/tree/master/src/main/java/org/misty/practices/string測試
這張圖只描述了常量池中已存在的狀況。常量池中不存在的狀況，須要藉助動態生成字符串（拼接）來模擬。爲了更好地理解，將先簡單介紹一下字符串拼接。優化
字符串拼接 +
字面量鏈接
var helloworld = "Hello" + "World"; /* 0: ldc #10 // String HelloWorld 2: astore_0 */
Javac會將"字面量鏈接"優化成完整字符串常量的調用。ui
字符串變量鏈接
// Java11 var hello = "Hello"; var helloworld = hello + "World"; /* 0: ldc #2 // String Hello 2: astore_0 3: aload_0 4: invokedynamic #3, 0 // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; 9: astore_1 */
古時候，Javac會把字符串鏈接語句轉譯成StringBuilder調用，而在新版中變成了動態方法調用。那麼這個#0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;是什麼呢？編碼
通過一番摸索，我在字節碼的底部看到了它的聲明，原來它是經過StringConcatFactory.makeConcatWithConstants方法建立的一個lambda表達式。它的原理是：
lambda表達式中包含一個pattern，這個pattern是經過解析字符串鏈接語句得來的：
hello + "World" => "\u0001World" "Hello" + world => "Hello\u0001" hello + world => "\u0001\u0001"
其中的\u0001是佔位符。lambda表達式執行時，用傳入的字符串變量（們）按順序替換\u0001佔位符，而後將結果返回，併入棧。
咱們也能夠經過編碼實現這一過程：
public static void main(String[] args) throws Throwable {
var lookup = MethodHandles.lookup();
var methodType = MethodType.methodType(String.class, String.class);
var callSite = StringConcatFactory.makeConcatWithConstants(lookup, "makeConcatWithConstants", methodType, /*這裏是pattern*/ "\u0001World");
var methodHandler = callSite.dynamicInvoker();
var res = methodHandler.invoke("Hello");
System.out.println(res); // HelloWorld
}
intern
瞭解了字符串拼接後，咱們再回過頭看看當常量池中不存在時，內存模型是什麼樣的。
爲了使圖片內容更清爽，圖中省略了"a"的內存引用。因爲這裏的字節數組是由lambda表達式動態生成的，所以它儲存在堆中。
接下來咱們調用intern方法進行池化。新版本池化的邏輯是：若是常量池中不存在該字符串，則直接在常量池中建立一個對當前字符串（堆中）的引用。
建立了幾個對象？
這是一道經典的問題：執行下面這條語句一共建立了幾個對象？
String str = new String("HelloWorld");
標準答案是：1個或者2個。
- 若是常量池存在
"HelloWorld"則在堆中建立一個String，並指向常量池中的值(value)。 - 若是常量池不存在
"HelloWorld"則在常量池中建立一個值爲HelloWorld的String，而後在堆中建立第二個String，並指向常量池中的。
然而你就歷來沒有懷疑過這個答案嗎？
學習過類加載機制的同窗們都知道，一句代碼的執行要經歷不少步驟：
編碼 > 編譯 > 裝載（加載字節碼 > 連接 > 初始化）> 運行
其中連接又可細分爲校驗>準備>解析。解析過程的描述是將常量池內的符號引用轉換爲直接引用。就是將字節碼中Constant pool區域的數據儲存到內存中相應的位置。字符串常量的建立也是在這個階段進行。但因爲存在延遲解析，即符號引用第一次被使用時進行解析，所以字符串常量的建立時機會被推遲到第一次使用的時候。測試代碼：
咱們回到主題，看看這行語句到底作了什麼：
public static void main(String[] args) {
var str = new String("HelloWorld");
}
要想知道Java程序執行的結果，不能看源碼怎麼寫，而是看虛擬機如何執行（字節碼）：
stack=3, locals=2, args_size=1 0: new #2 // class java/lang/String 3: dup 4: ldc #3 // String HelloWorld 6: invokespecial #4 // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V 9: astore_1 10: return
先簡單解釋一下這段字節碼：
操做數棧大小爲3，本地變量表大小爲2（其中索引位置0被方法入參佔用）
操做數棧 [ | | ] 本地變量表 [ args | ]
0 建立一個String對象，將引用入棧。這個對象未初始化
操做數棧 [ objRef | | ] 本地變量表 [ args | ]
3 dup複製棧頂元素併入棧
操做數棧 [ objRef | objRef | ] 本地變量表 [ args | ]
4 ldc 加載常量#3併入棧。#3即符號連接，會轉換成"HelloWorld"的直接引用
操做數棧 [ consRef | objRef | objRef ] 本地變量表 [ args | ]
6 彈出棧頂兩個元素，即"HelloWorld"字符串和String對象，執行構造器方法
操做數棧 [ objRef | | ] 本地變量表 [ args | ]
9 彈出棧頂元素，保存到本地變量表索引1位置
操做數棧 [ | | ] 本地變量表 [ args | objRef ]
經過分析字節碼，咱們會發現答案2的表述並不許確。
首先，在堆中建立一個未初始化的String對象，接着在常量池中查找"HelloWorld"，若是不存在，因爲這個符號連接是第一次使用，所以在常量池中建立"HelloWorld"對象（延遲解析）。最後用"HelloWorld"對象做參數初始化第一個String對象。
尾聲
這篇文章，從早上9點，一直寫到下午4點。其間花費了大量時間查找資料，設計編寫測試代碼，繪製模型圖。文中觀點大多通過代碼測試，但依然存在沒法測試，或須要閱讀底層代碼才能解釋的部分，由於精力有限，暫時再也不深刻。若有錯誤歡迎批評指正。
測試代碼：https://gitee.com/ellipse/java_practices/tree/master/src/main/java/org/misty/practices/string
參考資料
http://www.javashuo.com/article/p-nxufqfky-nv.html
https://www.jianshu.com/p/039d6df30fea
https://www.cnblogs.com/tiancai/p/9399530.html
以及其餘介紹java字節碼的文章，沒法一一列舉
附：用"abc"撐爆堆內存
前面咱們瞭解了字符串鏈接會在堆裏建立String對象和字節數組對象，不管拼接後的字符串是否存在常量池中。因而咱們能夠利用很小的，重複的字符串撐爆堆內存。無需編寫複雜的算法來生成隨機字符串。
public class StringOOM {
static String ABC = "abc";
/**
* VM Options -Xms100M -Xmx100M
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
var list = new ArrayList<String>(10000);
var a = "A";
var b = "B";
var c = "C";
try {
while (true) {
list.add((a + b + c)); // 1946160
// list.add((a + b + c).intern()); // 14778652
}
} catch (Throwable e) {
System.out.println(list.size());
}
}
}