字節跳動面試官這樣問有關字元串的問題！！

2021 年 2 月 26 日
筆記
程式設計師進階系列, 面經

寫在前面

對於Java中的String類佔用多大的記憶體空間這個問題，是最近面試中問的比較多的一個問題。很多小夥伴的回答的都不是很正確，有說不佔空間的，有說1個位元組的，有說2個位元組的，有說3個位元組的，有說不知道的，更讓人哭笑不得的是竟然還有人說是2的31次方。那如果真是這樣的話，伺服器的記憶體空間還放不下一個字元串呀！作為程式設計師的我們，可不能鬧這種笑話呀。今天，我們就一起來聊聊Java中的String到底佔用多大的記憶體空間！

Java對象的結構

首先，我們來下Java對象在虛擬機中的結構，這裡，以HotSpot虛擬機為例。

註：圖片來源//r6d.cn/wp7q

從上面的這張圖裡面可以看出，對象在記憶體中的結構主要包含以下幾個部分：

Mark Word(標記欄位)：對象的Mark Word部分佔4個位元組，其內容是一系列的標記位，比如輕量級鎖的標記位，偏向鎖標記位等等。
Klass Pointer（Class對象指針）：Class對象指針的大小也是4個位元組，其指向的位置是對象對應的Class對象（其對應的元數據對象）的記憶體地址
對象實際數據：這裡面包括了對象的所有成員變數，其大小由各個成員變數的大小決定，比如：byte和boolean是1個位元組，short和char是2個位元組，int和float是4個位元組，long和double是8個位元組，reference是4個位元組
對齊：最後一部分是對齊填充的位元組，按8個位元組填充。

換種說法就是：

對象頭（object header）：8 個位元組（保存對象的 class 資訊、ID、在虛擬機中的狀態）
Java 原始類型數據：如 int, float, char 等類型的數據
引用（reference）：4 個位元組
填充符（padding）

Java中的String類型

空String佔用的空間

這裡，我們以Java8為例進行說明。首先，我們來看看String類中的成員變數。

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
 
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
 
/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

在 Java 里數組也是對象，因此數組也有對象頭。所以，一個數組所佔的空間為對象頭所佔的空間加上數組長度加上數組的引用，即 8 + 4 + 4= 16 位元組。

所以，我們可以得出一個空String對象所佔用的記憶體空間，如下所示。

對象頭（8 位元組）+ 引用 (4 位元組 )  + char 數組（16 位元組）+ 1個 int（4位元組）+ 1個long（8位元組）= 40 位元組

所以，小夥伴們，你們的回答正確嗎？

非空String佔用的空間

如果String字元串的長度大於0的話，我們也可以得出String佔用記憶體的計算公式，如下所示。

40 + 2 * n

其中，n為字元串的長度。

這裡，可能有小夥伴會問，為什麼是 40 + 2 * n 呢？這是因為40是空字元串佔用的記憶體空間，這個我們上面已經說過了，String類實際上是把數據存儲到char[]這個成員變數數組中的，而char[]數組中的一個char類型的數據佔用2個位元組的空間，所以，只是String中的數據就會佔用 2 * n（n為字元串的長度）個位元組的空間，再加上空字元串所佔用的40個位元組空間，最終得出一個字元串所佔用的存儲空間為： 40 + 2 * n （n為字元串長度）。

因此在程式碼中大量使用String對象時，應考慮記憶體的實際佔用情況。

註：40 + 2 * n 這個公式我們可以看成是計算String對象佔用多大記憶體空間的通用公式。

驗證結論

接下來，我們就一起來驗證下我們上面的結論。首先，創建一個UUIDUtils類用來生成32位的UUID，如下所示。

package io.mykit.binghe.string.test;

import java.util.UUID;

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 生成沒有-的UUID
 */
public class UUIDUtils {
	public static String getUUID(){
		String uuid = UUID.randomUUID().toString();
		return uuid.replace("-", "");
	}
}

接下來，創建一個TestString類，在main()方法中創建一個長度為4000000的數組，然後在數組中放滿UUID字元串，如下所示。

package io.mykit.binghe.string.test;

import java.util.UUID;

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 測試String佔用的記憶體空間
 */
public class TestString{
    public static void main(String[] args){
         String[] strContainer = new String[4000000];
        for(int i = 0; i < 4000000; i++){
            strContainer[i] = UUIDUtils.getUUID();
            System.out.println(i);
        }
        //防止程式退出
        while(true){

        }
    }
}

這裡，4000000個字元串，每個字元串的長度為32，所以保存字元串數據所佔用的記憶體空間為：(40 + 32 * 2) * 4000000 = 416000000位元組，約等於416MB。

我們使用Jprofiler記憶體分析工具進行分析：

可以看到，使用Jprofiler記憶體分析工具的結果為：321MB + 96632KB，約等於417MB。之所以使用Jprofiler記憶體分析工具得出的結果比我們計算的大些，是因為在程式實際運行的過程中，程式內部也會生成一些字元串，這些字元串也會佔用記憶體空間！！

所以，使用Jprofiler記憶體分析工具得出的結果符合我們的預期。

好了，今天就到這兒吧，我是冰河，大家有啥問題可以在下方留言，也可以加我微信：sun_shine_lyz，我拉你進群，一起交流技術，一起進階，一起牛逼~~

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