java编译器对string常量表达式的处理和优化

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？

评论

5 楼 skydream 2007-01-18  

ahuaxuan 写道

第三点其实是正确的哦， 你所说的问题在于"a"+"b"是什么时候被执行的，但是并不能解释引用a为什么是==引用b的，其实你想说的是string的+操作是在编译期执行，这个确实是你正确的，从你的例子中也可以看出来。

但是如果要解释a==b是true这个问题还是要用第3点解释哦，所以第3点并没有错，这是千真万确的，但是你对+操作的执行时期的描述也是正确的，这两个应该是一个整体，而不是对立的。

String a = "ab";
String b = "ab";
System.out.println((a == b));
问题还是那样，结果为什么是true，必须用第3点来解释，而且这也是深入浅出jvm中的观点。

恩，就是这个意思，我的表述不是很清晰。
我所说的第三点错，并不是说第三点的解释方式有问题，而是第三点阐述的"a"+"b"是运行期被执行不正确，而是第4点钟的编译器执行优化。
第三点中阐述的jvm对string的处理我没有异议，呵呵，所以我在第4点中根本没有解释
String a = "ab";
String b = "ab";
System.out.println((a == b));
结果为什么是true，因为基本能想到第3点或第4点人，肯定非常清楚这里的true是怎么来的，呵呵。

第4点，其实是建立在第3点阐述的jvm对string的处理机制的基础上的。先执行4优化，再执行3的机制，最后才能得到true这么一个结果。

奇怪的是，n多阐述3的人，都没有提到4。我就一直奇怪，如果没有4的优化，3的结论是怎么做出来的？这个一直让我困惑 

4 楼 歆渊 2007-01-18  

一直听传闻说法是:

SUN JDK 的 javac 是优化最多的, 编译速度也慢.
IBM jikes 编译速度快, 但没什么优化.
Eclipse JDT Compiler 是从 VA4J Compiler 演化来的, 增量编译很强, 优化也有, 相对JDK少.
GNU GCJ 不清楚, 不过还不成熟, 研究意义似乎不大.

不过我也没怎么接触过jikes, 楼主有空不妨用别的编译器试试.

3 楼 ahuaxuan 2007-01-18  

第三点其实是正确的哦， 你所说的问题在于"a"+"b"是什么时候被执行的，但是并不能解释引用a为什么是==引用b的，其实你想说的是string的+操作是在编译期执行，这个确实是你正确的，从你的例子中也可以看出来。

但是如果要解释a==b是true这个问题还是要用第3点解释哦，所以第3点并没有错，这是千真万确的，但是你对+操作的执行时期的描述也是正确的，这两个应该是一个整体，而不是对立的。

String a = "ab";
String b = "ab";
System.out.println((a == b));
问题还是那样，结果为什么是true，必须用第3点来解释，而且这也是深入浅出jvm中的观点。

2 楼 skydream 2007-01-18  

惭愧，我只用过sun的编译器,jdk1.5是通过的，jdk1.4没有实测，不过猜测应该是ok的，毕竟这个很基础的，应该很早的版本就会优化的。

至于其他厂商的java编译器，请其他兄弟帮忙验证一下。

1 楼 adamzhao 2007-01-18  

是否所有的编译器都会这么优化？