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¿Por qué una cadena larga ocupa MÁS espacio que muchas cadenas pequeñas?

Question

Aquí hay un código para un DFA, implementado como una matriz de cadenas:

public class StringArray
{
    private static final String[] stringArray = {
    "/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0",
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    "/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1"
    };
}

Pensé que podría ahorrar algo de espacio usando una cadena larga en lugar de una matriz de cadenas:

public class LongString
{
    private static final String longString =
      "/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0"
    + "/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1"
    + "/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/2/0/0/0/0/30/0/31/22/23/26/24/0/25/15/27/5/4/4/4/4/4/4/4/4/4/0/0/0/0/0/0/0/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/0/0/0/0/3/0/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/0/0/0/0/0"
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    + "/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/63/63/63/63/63/63/63/63/63/63/0/0/0/0/0/0/0/63/63/63/63/63/63/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/63/63/63/63/63/63/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0"
    + "/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/64/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0"
    + "/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1/1";
}

Resulta que estaba equivocado. Eclipse Kepler genera los siguientes archivos de clase:

 8516 Nov 28 22:42 StringArray.class
10005 Nov 28 22:42 LongString.class

¿Cómo es que la segunda clase es aún más grande que la primera clase? ¿Las cadenas muy largas incurren en una penalización de espacio que no conozco?

Answer 1

Para ampliar la respuesta de agosto, pensé que debería explicar exactamente cómo se compila esto y qué ocupa espacio en el nivel binario.

Para simplificar, usaré el siguiente ejemplo con cadenas más cortas. La parte importante es que hay algunas cadenas duplicadas.

public class StringArray
{
    private static final String[] stringArray = {
        "AAA",
        "AAB",
        "AAA",
        "AAC",
        "AAA"
    };
}

public class LongString
{
    private static final String longString =
        "AAA"
        + "AAB"
        + "AAA"
        + "AAC"
        + "AAA"
    ;       
}

Ahora hay tres cosas importantes que debe comprender al compilar este código.

1. La concatenación de cadenas constante se realiza en tiempo de compilación. De hecho, este es un caso especial de simplificación en tiempo de compilación de expresiones constantes. Puede encontrar las reglas exactas para lo que se considera una expresión constante en la Especificación del lenguaje Java.
2. Los inicializadores de llaves son azúcar sintáctica . El código es equivalente a crear una matriz y asignar los elementos uno por uno. (Tenga en cuenta que esto es específico del código de bytes de Java. Dalvik (es decir, Android) tiene instrucciones especiales para la inicialización de la matriz)
3. Los inicializadores en línea son azúcar sintáctica . El código es equivalente a inicializar manualmente los campos en el método de inicializador estático.

Editar : Un detalle menor es que en el caso especial de campos finales estáticos inicializados en una expresión constante en línea, el campo se inicializa utilizando el atributo ConstantValue en lugar del inicializador estático y todos los usos están en línea. Entonces, en el caso de LongString , el # 3 en realidad dará como resultado un LongString de LongString diferente, pero dado que las entradas constantes del grupo para la cadena son las mismas, el tamaño del archivo tomado por las cadenas no cambiará.

Póngalos juntos, y el código anterior es equivalente al siguiente.

public class StringArray {
    private static final String[] stringArray;

    static {
        String[] temp = new String[5];
        temp[0] = "AAA";        
        temp[1] = "AAB";        
        temp[2] = "AAA";        
        temp[3] = "AAC";        
        temp[4] = "AAA";    
        stringArray = temp;    
    } 
}

public class LongString {
    private static final String longString;

    static {
        longString = "AAAAABAAAAACAAA";
    } 
}

Ahora, este código desugared todavía muestra las cadenas duplicadas varias veces en el ejemplo de matriz. Para comprender el comportamiento del tamaño del archivo de clase, debe comprender para qué se compila.

Cuando accede a una cadena constante, el código de bytes contiene una instrucción de carga constante ( ldc o ldc_w ), que es un código de operación de un byte seguido de un índice en el grupo constante de la clase. El grupo constante es una sección separada del archivo de clase donde se almacena una lista de constantes. Obviamente, el compilador solo almacenará cada constante una vez.

Entonces, el código de bytes para StringArray se parece a esto (eliminando algunos detalles que no son relevantes aquí). Tenga en cuenta que solo hay 3 cadenas únicas almacenadas en el grupo constante. (En realidad, hay muchas más entradas constantes de grupo relacionadas con otras partes del archivo de clase, pero no son importantes aquí).

.class super StringArray

.field static final private stringArray [Ljava/lang/String;

.const [1] = String ''AAA''
.const [2] = String ''AAB''
.const [3] = String ''AAC''

.method static <clinit> : ()V
    iconst_5
    anewarray java/lang/String
    astore_0
    aload_0
    iconst_0
    ldc [1]
    aastore
    aload_0
    iconst_1
    ldc [2]
    aastore
    aload_0
    iconst_2
    ldc [1]
    aastore
    aload_0
    iconst_3
    ldc [3]
    aastore
    aload_0
    iconst_4
    ldc [1]
    aastore
    aload_0
    putstatic StringArray stringArray [Ljava/lang/String;
    return
.end method

Mientras que LongString se parece a algo

.class super LongString

.field static final private longString Ljava/lang/String;

.const [1] = String ''AAAAABAAAAACAAA''

.method static <clinit> : ()V
    ldc [1]
    putstatic LongString longString Ljava/lang/String;
    return
.end method

Entonces, con la primera versión, las cadenas duplicadas se pueden almacenar solo una vez, mientras que con la segunda versión, se debe almacenar toda la cadena. Entonces, ¿la primera versión siempre es mejor? No tan rapido. Tiene la ventaja de no almacenar cadenas duplicadas, pero como habrás notado, hay una gran sobrecarga por elemento en la inicialización de la matriz. Cuál es mejor depende de cuánto duran sus cadenas y cuántos duplicados tiene.

PS En el nivel binario, las cadenas constantes se codifican con una codificación UTF8 modificada. El resultado es que los caracteres 1-127 son un byte cada uno, pero los caracteres nulos son dos bytes. Para que pueda ahorrar algo de espacio compensando todo 1.

Answer 2

Tiene 18 cadenas duplicadas en su matriz (clase StringArray ). Como cada entrada de matriz es un literal de cadena separado, solo habrá entradas constantes de grupo para cadenas únicas . Sin embargo, en su segundo ejemplo (clase LongString ), todos los duplicados se mantienen y concatenan en tiempo de compilación.

Es un poco difícil mirar el archivo de clase que publicaste, debido al tamaño de las cadenas. Usé una versión más corta, pero todavía tiene el mismo concepto:

public class LongString
{
    private static final String longString = 
        "a" + "a" + "a" + "a" + "a" + "a" + "a" + "a" + "b";
}

public class StringArray
{
    private static final String[] stringArray = {
        "a", "a", "a", "a", "a", "a", "a", "a",
        "b"
    };
}

Si abrimos el archivo de clase LongString.class , puede ver la cadena completa:

Pero si observa el archivo de clase StringArray.class , se han eliminado los duplicados:

_{El espacio entre b es 01 00 01 , que marca una entrada CONSTANT_Utf8_info de longitud 1 .}

En su caso, reutilizar cadenas salvaría 2.304 caracteres.