Strings: Garbage Collection und Unveränderlichkeit in Java

In Java spielen Strings aufgrund ihrer Unveränderlichkeit und Internierungseigenschaften eine einzigartige Rolle bei der Speicherverwaltung. Diese Konzepte verbessern nicht nur die Leistung, sondern führen auch Nuancen in den Umgang mit dem Gedächtnis ein, die in Interviews oft unerlässlich sind.

Lassen Sie uns Garbage Collection und Unveränderlichkeit genauer untersuchen, mit Hinweisen dazu, wie der String-Pool und die JVM-Speicherverwaltung mit diesen Konzepten interagieren.

Dieser Beitrag baut auf Konzepten auf, die im vorherigen Artikel über String-Pool und Speicherverwaltung besprochen wurden. Wenn Sie zunächst diesen Artikel lesen, erhalten Sie eine hilfreiche Grundlage für das Verständnis der hier behandelten Themen.

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1. String-Garbage-Collection

In Java verhalten sich String-Literale im Hinblick auf die Garbage Collection (GC) anders.

1. Nicht referenzierte Literale im String-Pool

String string3 = "World"; // Stored in String Pool

// A new string is created in the pool due to case-sensitivity
string3 = "WORLD";

• In diesem Beispiel befindet sich die ursprüngliche „Welt“ immer noch im String-Pool, obwohl String3 neu zugewiesen wurde.

• Die JVM behält nicht referenzierte Literale im Pool, was eine zukünftige Wiederverwendung ermöglicht, aber diese Literale unterliegen NICHT der Garbage Collection wie normale Heap-Objekte.

2. Heap-Objekte

String str1 = new String("World"); // Stored in Heap

// String Pool reference is used now
// leaving the previous "World" eligible for GC in Heap
str1 = "WORLD";

• Wenn ein String mit new erstellt wird, geht er auf den Heap statt in den String-Pool.

• Wenn sich die Referenz ändert, wie bei str1, kann die nicht verwendete „World“-Zeichenfolge im Heap im Müll gesammelt werden, da sie nicht mehr referenziert wird.

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2. String-Unveränderlichkeit

Strings in Java sind unveränderlich – sobald sie erstellt wurden, können sie nicht mehr geändert werden. Jede „Änderung“ führt zu einem neuen String-Objekt, anstatt das vorhandene zu ändern.

Praktische Auswirkungen der Unveränderlichkeit

1. Verkettung zur Kompilierzeit (Optimierung mit Literalen)

   String string5 = "This" + "String";

• Beim Verketten von Literalen optimiert der Java-Compiler, indem er die Verkettung zur Kompilierungszeit durchführt.

• Der resultierende String („ThisString“) wird direkt im String-Pool gespeichert, wodurch der Heap vollständig vermieden wird.

• Dieser Vorgang wird auch als Constant Pool Folding bezeichnet.

2. Laufzeitverkettung (keine Optimierung)

   String string1 = "Hello";
   string1 = string1 + "Hello"; // Stored in Heap

• Wenn ein oder mehrere Operanden Variablen (Nicht-Literale) sind, erfolgt die Verkettung zur Laufzeit, was zu einem Heap-Objekt führt, das sich nicht im String-Pool befindet .

• Beispiel: Das ursprüngliche „Hello“-Literal bleibt im Pool, während die verkettete „HelloHello“-Zeichenfolge im Heap gespeichert wird, was die Unveränderlichkeit des ursprünglichen „Hello“ bestätigt.

3. Verwendung der concat()-Methode

String string3 = "World"; // Stored in String Pool

// A new string is created in the pool due to case-sensitivity
string3 = "WORLD";

• Die concat()-Methode führt immer eine Laufzeit-Verkettung durch und platziert die neue Zeichenfolge im Heap, unabhängig davon, ob die Operanden Literale oder Variablen sind.

4. Anwenden der intern()-Methode

String str1 = new String("World"); // Stored in Heap

// String Pool reference is used now
// leaving the previous "World" eligible for GC in Heap
str1 = "WORLD";

Prozess:

• Zuerst erstellt die concat()-Operation eine neue Zeichenfolge im Heap mit dem Wert „Welt sagt Hallo“, auf den string3 zunächst verweist.

• Wenn wir intern() aufrufen, prüft es, ob sich dieser Wert bereits im String Pool befindet. Wenn nicht, fügt es den Wert dem Pool hinzu und gibt einen Verweis auf diese gepoolte Instanz zurück.

• Nach dem Aufruf von intern() zeigt string3 auf die gepoolte Kopie des Strings. Die ursprüngliche Heap-Instanz, jetzt ohne aktive Referenzen, wird für die Speicherbereinigung geeignet, wodurch unnötiger Speicherverbrauch reduziert wird.

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Zusammenfassung der wichtigsten Punkte

• String-Pool-Optimierung: Der String-Pool ist entscheidend für die Speichereinsparung durch die Wiederverwendung von Literalen.
• Unveränderlichkeit: Unveränderlichkeit macht Strings threadsicher und zuverlässig, kann jedoch beim Ändern von Strings zu zusätzlichen Heap-Objekten führen.
• Garbage Collection: Nicht referenzierte Literale im Pool werden nicht durch Garbage Collection erfasst, jedochnicht verwendete Heap-basierte Zeichenfolgen.

Durch das Verständnis und die Nutzung dieser Prinzipien können Java-Entwickler speichereffizienteren und leistungsfähigeren Code schreiben.

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Viel Spaß beim Programmieren!

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