class常量池、运行时常量池和字符串常量池的区别

文章目录一、概念1、Class 常量池（ClassConstantPool）1.1、常量池中数据项类型2、字符串池（StringPool、StringLiteralPool）2.1、参考文章：3、运行时常量池（Runtime Constant Pool）4、总结二、方法区的class文件信息，class常量池和运行时常量池的三者关系2.1、三者关系图：2.2、方法区class文...

猎人在吃肉

12017人浏览 · 2020-04-03 20:42:03

猎人在吃肉 · 2020-04-03 20:42:03 发布

文章目录

一、概念

1、class常量池（Constant Pool）

常量池（Constant Pool），也叫 class 常量池（Class Constant Pool）。

java文件被编译成 class文件，class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项就是常量池（Constant Pool），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。

在这里插入图片描述

常量池的每一项常量都是一个表，一共有如下表所示的11种各不相同的表结构数据，这每个表开始的第一位都是一个字节的标志位（如下所示），代表当前这个常量属于哪种常量类型。

序号	常量池中数据项类型	类型标志	类型描述
1	CONSTANT_Utf8	1	UTF-8 编码的Unicode字符串
2	CONSTANT_Integer	3	int 类型字面值
3	CONSTANT_Float	4	float 类型字面值
4	CONSTANT_Long	5	long 类型字面值
5	CONSTANT_Double	6	double 类型字面值
6	CONSTANT_Class	7	对一个类或接口的符号引用
7	CONSTANT_String	8	String 类型字面值
8	CONSTANT_Fieldref	9	对一个字段的符号引用
9	CONSTANT_Methodref	10	对一个类中声明的方法的符号引用
10	CONSTANT_InterfaceMethodref	11	对一个接口中声明的方法的符号引用
11	CONSTANT_NameAndType	12	对一个字段或方法的部分符号引用

每种不同类型的常量类型具有不同的结构，具体的可以查看《深入理解java虚拟机》第六章的内容。

从上面的表格，大致分两类，如下

字面量，是序号：1、2、3、4、5、7
符号引用，是序号：6、8、9、10、11

1.1、字面量

字面量（ Literal ）就是我们所说的常量，如文本字符串、被声明为final的常量值等。

主要分类如下：

文本字符串
被声明为final的常量值
基本数据类型的值
其它

1.2、符号引用

符号引用（Symbolic References）是一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。

主要包括下面：

类和接口的全限定名
字段的名称和描述符
方法的名称和描述符

在这里插入图片描述

2、Runtime Constant Pool（运行时常量池）

运行时常量池是方法区的一部分。

java文件被编译成class文件之后，也就是会生成我上面所说的 class常量池，那么运行时常量池又是什么时候产生的呢？

jvm在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化，而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。而当类加载到内存中后，jvm就会将 class常量池 中的内容存放到 运行时常量池 中，由此可知，运行时常量池 也是每个类都有一个。

在上面我也说了，class常量池 中存的是字面量和符号引用，也就是说他们存的并不是对象的实例，而是对象的符号引用值。而经过解析（resolve）之后，也就是把 符号引用 替换为 直接引用 ，解析的过程会去查询 字符串常量池 ，也就是我们上面所说的StringTable，以保证 运行时常量池所 引用的字符串与 字符串常量池 中所引用的是一致的。

举个实例来说明一下:

public class StrTest {

    public static void main(String []args) {
		String str1 = "abc"; 
		String str2 = new String("def"); 
		String str3 = "abc"; 
		String str4 = str2.intern(); 
		String str5 = "def"; 
		System.out.println(str1 == str3);//true 
		System.out.println(str2 == str4);//false 
		System.out.println(str4 == str5);//true
    }
}

解析程序的内存分配过程：

首先，在堆中会有一个 abc 实例对象，全局 StringTable 中存放着 abc 的一个引用值。
然后，运行第二句的时候会生成两个实例，一个是 def 的实例对象，并且 StringTable中存储一个 def 的引用值，还有一个是new出来的一个 def 的实例对象。
与上面那个是不同的实例，当在解析str3的时候查找StringTable，里面有 abc 的全局驻留字符串引用，所以str3的引用地址与之前的那个已存在的相同。
str4是在运行的时候调用 intern() 函数，返回StringTable中 def 的引用值，如果没有就将str2的引用值添加进去，在这里，StringTable中已经有了 def 的引用值了，所以返回上面在new str2的时候添加到StringTable中的 def 引用值，
最后str5在解析的时候就也是指向存在于StringTable中的 def 的引用值。

这样析之后，下面三个打印的值就容易理解了。

上面程序，

首先，经过编译之后，在该类的 class常量池 中存放一些符号引用；
然后类加载之后，将 class常量池 中存放的符号引用转存到 运行时常量池 中；
然后经过验证，准备阶段之后，在堆中生成驻留字符串的实例对象（也就是上例中str1所指向的”abc”实例对象），然后将这个对象的引用存到全局String Pool中，也就是StringTable中；
最后在解析阶段，要把运行时常量池中的符号引用替换成直接引用，那么就直接查询StringTable，保证StringTable里的引用值与运行时常量池中的引用值一致，大概整个过程就是这样了。

3、String Pool（字符串池、字符串常量池）

String Pool （字符串池），即 String Literal Pool ，又叫 全局字符串池 、字符串常量池 。

是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后 在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的 引用值存到 String Pool 中。

记住：String Pool 中存的是 引用值，而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的。

在 HotSpot VM 里实现的 String Pool 功能的是一个 StringTable 类，它是一个哈希表，里面存的是驻留字符（也就是用双引号括起来的部分）的引用（而不是驻留字符串实例本身），也就是说在堆中的某些字符串实例被这个 StringTable 引用之后就等同被赋予了”驻留字符串”的身份。这个StringTable在每个 HotSpot VM 的实例只有一份，被所有的类共享。

3.1、参考文章：

Java字符串池（String Pool）深度解析

4、总结

class常量池 是在编译阶段，每个class都有的，用于存放编译器生成的 字面量 和 符号引用 。
运行时常量池 是在类加载完成之后，将每个class常量池 中的符号引用值转存到 运行时常量池 中，也就是说，每个class都有一个 运行时常量池 ，类在 解析阶段 ，将 符号引用 替换成 直接引用 ，与 字符串常量池 中的引用值保持一致。
字符串常量池 在每个VM中只有一份，存放的是字符串常量的 引用值 。

二、方法区的class文件信息，class常量池和运行时常量池的三者关系

面试题：

方法区里的 class文件信息和 class文件常量池是个什么关系。
class文件常量池和运行时常量池是什么关系。

2.1、三者关系图：

2.2、方法区class文件信息

可以看到在方法区里的class文件信息包括：魔数，版本号，常量池，类，父类和接口数组，字段，方法等信息，其实类里面又包括字段和方法的信息。

下面的图表是class文件中存储的数据类型：

类型	名称	数量
u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count
u2	attribute_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

2.3、class常量池：

2.4、运行时常量池：

下面是原 java代码：

public class TestInt {    
	private  String str = "hello";	
   	void printInt(){
  		System.out.println(65535);
  	}  
}

编译后得到class文件，再javap -v TestInt.class，经过反编译后得到如下信息：

可以看出被反编译的class文件中的内容和上面所说的是能对应上的。这就解答了class文件和class文件常量池的关系

2.5、class常量池和运行时常量池的关系以及区别

class常量池 存储的是当class文件被 java虚拟机加载进来后存放在方法区的一些 字面量 和 符号引用 ，字面量 包括 字符串，基本类型的常量 。

运行时常量池 是当 class文件被加载完成后，java虚拟机会将 class常量池 里的内容转移到 运行时常量池 里，在class常量池的符号引用有一部分是会被转变为直接引用，比如说类的静态方法、私有方法、实例构造方法、父类方法。这是因为这些方法不能被重写其他版本，所以能在加载的时候就可以将符号引用转变为直接引用，而其他的一些方法是在这个方法被第一次调用的时候才会将符号引用转变为直接引用的。

2.5、三者在JVM位置的变化（图）

JDK1.6 使⽤ 永久代 实现 ⽅法区

在这里插入图片描述

JDK1.7 时发⽣了⼀些变化，将 字符串常量池、静态变量 ，存放在堆上
（方法区要发生变化，提前将 字符串常量池、静态变量 提出来）

在这里插入图片描述

在 JDK1.8 时，取消 永久代 ，⽽在 直接内存 中划出⼀块区域作为 元空间 （即 方法区），运⾏时常量池、类常量池 变化在 元空间 上。

在这里插入图片描述

2.6、总结：

方法区里存储着 class文件的信息和运行时常量池，class文件的信息包括类信息和 class文件常量池。

运行时常量池里的内容除了是class文件常量池里的内容外，还将class文件常量池里的符号引用转变为直接引用，而且运行时常量池里的内容是能动态添加的。例如调用String的intern方法就能将string的值添加到String常量池中，这里String常量池是包含在运行时常量池里的，但在jdk1.8后，将String常量池放到了堆中。

三、ChatGPT 回答

class常量池、字符串常量池和运行时常量池是Java中的不同概念，它们有一些区别，如下所示：

Class常量池（Class Constant Pool）：
- Class常量池是编译时的概念，在 类被编译 后 存储在类文件（.class） 中。
- 每个类（Class）都有一个常量池，用于存储该类的常量、符号引用等信息。
- 它包含了字面量（如字符串、数值）、符号引用（如方法、字段的名称和描述符）以及一些特殊的常量（如类和接口的全限定名）。
- Class常量池在类加载时被加载到方法区，供运行时使用。
字符串常量池（String Constant Pool）：
- 字符串常量池是字符串的存储区域，用于存储字符串常量对象。
- 字符串常量池是在堆内存中的一部分，用于存储字符串常量（使用字面量创建的字符串）。
- 字符串常量池的目的是 重用字符串对象，以节省内存。
- 字符串常量池在运行时被创建和管理，存在于堆内存中。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）：
- 运行时常量池是每个类或接口的运行时表示，包含了该类或接口的常量池信息。
- 运行时常量池是方法区的一部分，用于存储编译时的符号引用、字面量值等。
- 运行时常量池是在类加载时被加载到方法区，供运行时使用。
- 运行时常量池中的常量可以是编译时确定的，也可以是运行时生成的（例如使用String.intern()方法）。

总结：

Class常量池是每个类的一部分，在类文件中，用于存储常量、符号引用等。
字符串常量池是字符串对象的存储区域，用于存储字符串常量，存在于堆内存中。
运行时常量池是每个类或接口的运行时表示，包含了常量池信息，在方法区中。

需要注意的是，

字符串常量池，在Java 6及之前位于 方法区 中，从Java 7开始，被移动到 堆内存 中。
运行时常量池 ，运行时常量池是方法区的一部分，跟随着方式区的变化而变化。在Java 7之前位于 方法区（永久代）中，从Java 8开始，变成 方法区 （元空间 Metaspace）。

因此，具体的实现和内存分配可能因Java版本而有所不同。