用javap分析java编译器对string常量表达式的处理和优化

 最近看了下javaeye上一篇关于string优化的文章，借此分析下string 原文地址http://skydream.iteye.com/blog/48351 

    先看看作者的问题分析：

   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

   现在我们不管作者的分析是否正确，通过jdk的工具javap，看看class文件，如下：

 0:   ldc     #16; //String ab

 2:   astore_1

 3:   ldc     #16; //String ab

 5:   astore_2

 6:   getstatic       #18; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

 9:   aload_1

 10:  aload_2

 11:  if_acmpne       18

 14:  iconst_1

 15:  goto    19

 18:  iconst_0

 19:  invokevirtual   #24; //Method java/io/PrintStream.println:(Z)V

 22:  return

通过 0:   ldc     #16; //String ab和 3:   ldc     #16; //String ab ，知道该java文件通过编译器编译后都变为    String b = "ab"; 和作者分析的一样。

接着作者分析了下string+ 基本类型，看看作者的分析：

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。 

事实的真假还是用javap看看:

 

   0:   ldc     #16; //String a1

   2:   astore_1

   3:   ldc     #16; //String a1

   5:   astore_2

   6:   getstatic       #18; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

   9:   aload_1

   10:  aload_2

   11:  if_acmpne       18

   14:  iconst_1

   15:  goto    19

   18:  iconst_0

   19:  invokevirtual   #24; //Method java/io/PrintStream.println:(Z)V

   22:  return

 

  看看  0:   ldc     #16; //String a1和   0:   ldc     #16; //String a1，知道作者的分时正确的。

  接着作者又分析了下 string+string对象,作者分析如下：

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。 

还是javap看看代码：

 

   0:   ldc     #16; //String ab

   2:   astore_1

   3:   ldc     #18; //String b

   5:   astore_2

   6:   new     #20; //class java/lang/StringBuilder

   9:   dup

   10:  ldc     #22; //String a

   12:  invokespecial   #24; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":(Ljava/lang/String;)V

   15:  aload_2

   16:  invokevirtual   #27; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

   19:  invokevirtual   #31; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;

   22:  astore_3

   23:  getstatic       #35; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

   26:  aload_1

   27:  aload_3

   28:  if_acmpne       35

   31:  iconst_1

   32:  goto    36

   35:  iconst_0

   36:  invokevirtual   #41; //Method java/io/PrintStream.println:(Z)V

   39:  return

 

   来看看   0:   ldc     #16; //String ab 说明 变量a直接从常量池中取出ab字符串，在看看 

 3:   ldc     #18; //String b

 5:   astore_2

 6:   new     #20; //class java/lang/StringBuilder

 9:   dup

 10:  ldc     #22; //String a

   可以知道变量b是通过new出一个StringBuilder来赋值给变量b的。这进一步证明了作者的说法。

最后看看作者分析的最后一种情况，原文：

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"; 
} 

先看看常量变量的javap的结果：

 

   0:   ldc     #16; //String ab

   2:   astore_1

   3:   ldc     #18; //String b

   5:   astore_2

   6:   ldc     #16; //String ab

   8:   astore_3

   9:   getstatic       #20; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

   12:  aload_1

   13:  aload_3

   14:  if_acmpne       21

   17:  iconst_1

   18:  goto    22

   21:  iconst_0

   22:  invokevirtual   #26; //Method java/io/PrintStream.println:(Z)V

   25:  return

 

  看看 0:   ldc     #16; //String ab  和    6:   ldc     #16; //String ab 通过优化后变量a，b是指向相同的常量空间。

   再用javap分析下通过静态方法获得的： 

   0:   ldc     #16; //String ab

   2:   astore_1

   3:   invokestatic    #18; //Method getBB:()Ljava/lang/String;

   6:   astore_2

   7:   new     #22; //class java/lang/StringBuilder

   10:  dup

   11:  ldc     #24; //String a

   13:  invokespecial   #26; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":(Ljava/lang/String;)V

   16:  aload_2

   17:  invokevirtual   #29; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

   20:  invokevirtual   #33; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;

   23:  astore_3

   24:  getstatic       #36; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

   27:  aload_1

   28:  aload_3

   29:  if_acmpne       36

   32:  iconst_1

   33:  goto    37

   36:  iconst_0

   37:  invokevirtual   #42; //Method java/io/PrintStream.println:(Z)V

   40:  return

    分析：0:   ldc     #16; //String ab 变量a的值直接指向常量池中的‘ab’，

   通过下面的分析可知 变量2通过StringBuilder进行string操作。

 

   7:   new     #22; //class java/lang/StringBuilder

   10:  dup

   11:  ldc     #24; //String a

   13:  invokespecial   #26; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":(Ljava/lang/String;)V

   16:  aload_2

   17:  invokevirtual   #29; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

   20:  invokevirtual   #33; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;

   23:  astore_3

 

     通过javap分析大家应该更清楚string在java中的优化了。