2008-03-31

Java编译器对于String常量表达式的优化（转载）

首先把问题摆出来，先看这个代码


String a = "ab";
String b = "a" + "b";
System.out.println((a == b));



打印结果会是什么？类似这样的问题，有人考过我，我也拿来考过别人(蛮好玩的，大家也可以拿来问人玩)，一般答案会是以下几种：


1.true

"a" + "b" 的结果就是"ab"，这样a,b都是"ab"了，内容一样所以"相等"，结果true

一般java新人如是答。

2.false

"a" + "a"会生成新的对象"aa"，但是这个对象和String a = "ab";不同，(a == b)是比较对象引用，因此不相等，结果false

对java的String有一定了解的通常这样回答。

3.true

String a = "ab";创建了新的对象"ab"； 再执行String b = "a" + "b";结果b="ab",这里没有创建新的对象，而是从JVM字符串常量池中获取之前已经存在的"ab"对象。因此a,b具有对同一个string对象的引用，两个引用相等，结果true.

能回答出这个答案的，基本已经是高手了，对java中的string机制比较了解。

很遗憾,这个答案,是不够准确的。或者说，根本没有运行时计算b = "a" + "b";这个操作.实际上运行时只有String b = "ab";

3的观点适合解释以下情况：


String a = "ab";
String b = "ab";
System.out.println((a == b));


如果String b = "a" + "b";是在运行期执行，则3的观点是无法解释的。运行期的两个string相加，会产生新的对象的。(本文后面对此有解释)


4.true

下面是我的回答：编译优化+ 3的处理方式 = 最后的true

String b = "a" + "b";编译器将这个"a" + "b"作为常量表达式，在编译时进行优化，直接取结果"ab"，这样这个问题退化


String a = "ab";
String b = "ab";
System.out.println((a == b));



然后根据3的解释，得到结果true


这里有一个疑问就是String不是基本类型，像

int secondsOfDay = 24 * 60 * 60;

这样的表达式是常量表达式,编译器在编译时直接计算容易理解，而"a" + "b" 这样的表达式,string是对象不是基本类型,编译器会把它当成常量表达式来优化吗?

下面简单证明我的推断，首先编译这个类:


public class Test {
private String a = "aa";
}


复制class文件备用,然后修改为


public class Test {
private String a = "a" + "a";
}


再次编译,用ue之类的文本编辑器打开,察看二进制内容,可以发现,两个class文件完全一致,连一个字节都不差.

ok,真相大白了.根本不存在运行期的处理String b = "a" + "b";这样的代码的问题,编译时就直接优化掉了。


下面进一步探讨，什么样的string + 表达式会被编译器当成常量表达式？

String b = "a" + "b";

这个String + String被正式是ok的,那么string + 基本类型呢？


String a = "a1";
String b = "a" + 1;
System.out.println((a == b)); //result = true

String a = "atrue";
String b = "a" + true;
System.out.println((a == b)); //result = true

String a = "a3.4";
String b = "a" + 3.4;
System.out.println((a == b)); //result = true



可见编译器对string + 基本类型是当成常量表达式直接求值来优化的。


再注意看这里的string都是"**"这样的，我们换成变量来试试：


String a = "ab";
String bb = "b";
String b = "a" + bb;
System.out.println((a == b)); //result = false



这个好理解，"a" + bb中的bb是变量，不能进行优化。这里很很好的解释了为什么3的观点不正确，如果String+String的操作是在运行时进行的，则会产生新的对象，而不是直接从jvm的string池中获取。


再修改一下,把bb作为常量变量：


String a = "ab";
final String bb = "b";
String b = "a" + bb;
System.out.println((a == b)); //result = true


竟然又是true，编译器的优化好厉害啊，呵呵，考虑下面这种情况：


String a = "ab";
final String bb = getBB();
String b = "a" + bb;
System.out.println((a == b)); //result = false
private static String getBB() {
return "b";
}


看来java(包括编译器和jvm)对string的优化，真的是到了极点了，string这个所谓的"对象"，完全不可以看成一般的对象，java对string的处理近乎于基本类型，最大限度的优化了几乎能优化的地方。


另外感叹一下,string的+号处理，算是java语言里面唯一的一个"运算符重载"(接触过c++的人对这个不会陌生)吧？
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