详解JVM之运行时常量池

class文件中的常量池

之前我们在讲class文件的结构时，提到了每个class文件都有一个常量池，常量池中存了些什么东西呢？

字符串常量，类和接口名字，字段名，和其他一些在class中引用的常量。

运行时常量池

但是只有class文件中的常量池肯定是不够的，因为我们需要在JVM中运行起来。

这时候就需要一个运行时常量池，为JVM的运行服务。

运行时常量池和class文件的常量池是一一对应的，它就是class文件的常量池来构建的。

运行时常量池中有两种类型，分别是symbolic references符号引用和static constants静态常量。

其中静态常量不需要后续解析，而符号引用需要进一步进行解析处理。

什么是静态常量，什么是符号引用呢？ 我们举个直观的例子。

String site="www"

上面的字符串"www.com"可以看做是一个静态常量，因为它是不会变化的，是什么样的就展示什么样的。

而上面的字符串的名字“site”就是符号引用，需要在运行期间进行解析，为什么呢？

因为site的值是可以变化的，我们不能在第一时间确定其真正的值，需要在动态运行中进行解析。

静态常量详解

运行时常量池中的静态常量是从class文件中的constant_pool构建的。可以分为两部分：String常量和数字常量。

String常量

String常量是对String对象的引用，是从class中的CONSTANT_String_info结构体构建的：

CONSTANT_String_info {
    u1 tag;
    u2 string_index;
}

tag就是结构体的标记，string_index是string在class常量池的index。

string_index对应的class常量池的内容是一个CONSTANT_Utf8_info结构体。

CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];
}

CONSTANT_Utf8_info是啥呢？它就是要创建的String对象的变种UTF-8编码。

我们知道unicode的范围是从0x0000 至 0x10FFFF。

变种UTF-8就是将unicode进行编码的方式。那是怎么编码呢？

从上图可以看到，不同的unicode范围使用的是不同的编码方式。

注意，如果一个字符占用多个字节，那么在class文件中使用的是 big-endian 大端优先的排列方式。

如果字符范围在FFFF之后，那么使用的是2个3字节的格式的组合。

讲完class文件中CONSTANT_String_info的结构之后，我们再来看看从CONSTANT_String_info创建运行时String常量的规则：

规则一：如果String.intern之前被调用过，并且返回的结果和CONSTANT_String_info中保存的编码是一致的话，表示他们指向的是同一个String的实例。

规则二：如果不同的话，那么会创建一个新的String实例，并将运行时String常量指向该String的实例。最后会在这个String实例上调用String的intern方法。调用intern方法主要是将这个String实例加入字符串常量池。

数字常量

数字常量是从class文件中的CONSTANT_Integer_info, CONSTANT_Float_info, CONSTANT_Long_info和 CONSTANT_Double_info 构建的。

符号引用详解

符号引用也是从class中的constant_pool中构建的。

对class和interface的符号引用来自于CONSTANT_Class_info。

对class和interface中字段的引用来自于CONSTANT_Fieldref_info。

class中方法的引用来自于CONSTANT_Methodref_info。

interface中方法的引用来自于CONSTANT_InterfaceMethodref_info。

对方法句柄的引用来自于CONSTANT_MethodHandle_info。

对方法类型的引用来自于CONSTANT_MethodType_info。

对动态计算常量的符号引用来自于CONSTANT_MethodType_info。

对动态计算的call site的引用来自于CONSTANT_InvokeDynamic_info。

String Pool字符串常量池

我们在讲到运行时常量池的时候，有提到String常量是对String对象的引用。那么这些创建的String对象是放在什么地方呢？

没错，就是String Pool字符串常量池。

这个String Pool在每个JVM中都只会维护一份。是所有的类共享的。

String Pool是在1.6之前是存放在方法区的。在1.8之后被放到了java heap中。

注意，String Pool中存放的是字符串的实例，也就是用双引号引起来的字符串。

那么问题来了？

String name = new String("www"）;

到底创建了多少个对象呢？

总结

class文件中常量池保存的是字符串常量，类和接口名字，字段名，和其他一些在class中引用的常量。每个class都有一份。

运行时常量池保存的是从class文件常量池构建的静态常量引用和符号引用。每个class都有一份。

字符串常量池保存的是“字符”的实例，供运行时常量池引用。

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