疯狂java


您现在的位置: 疯狂软件 >> 新闻资讯 >> 正文

深入理解Java中的堆和栈


 

   

  Java把内存划分成两种:一种是栈内存,一种是堆内存。

  1.栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。

  2. 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据可以共享。

  3. 堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。

  Java数据类型与内存

  Java中的数据类型有两种。

  一种是基本类型(primitive types), 共有8种,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意, 并没有string的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的,称为自动变量。值得注意的是,自动变量存的是字面值,不是类的实例,即不是类的引用,这里并没有类的存在。如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用,指向3这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于栈中。

  另外,栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义:

  int a = 3;

  int b = 3;1212

  编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为3的地址,没找到,就开辟一个存放3这个 字面值的地址,然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有3这个字面值,便将b直接指向3的地址 。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。

  特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个 对象的内部状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的 引用的值也跟着改变的情况。如上例,我们定义完a与b的值后,再令a=4;那么,b不会等于4,还是等于3。在编译器内部,遇到a=4;时,它 就会重新搜索栈中是否有4的字面值,如果没有,重新开辟地址存放4的值;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。

  另一种是包装类数据,如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据全部存在于堆中,Java用new() 语句来显示地告诉编译器,在运行时才根据需要动态创建,因此比较灵活,但缺点是要占用更多的时间。

  在JAVA中,有六个不同的地方可以存储数据:

  寄存器(register)。这是最快的存储区,因为它位于不同于其他存储区的地方——处理器内部。但是寄存器的数量极其有限,所以寄存器由编译器根据需求进行分配。你不能直接控制,也不能在程序中感觉到寄存器存在的任何迹象。

  堆栈(stack)。位于通用RAM中,但通过它的“堆栈指针”可以从处理器哪里获得支持。堆栈指针若向下移动,则分配新的内存;若向上移动,则释放那些内存。这是一种快速有效的分配存储方法,仅次于寄存器。创建程序时候,JAVA编译器必须知道存储在堆栈内所有数据的确切大小和生命周期,因为它必须生成相应的代码,以便上下移动堆栈指针。这一约束限制了程序的灵活性,所以虽然某些JAVA数据存储在堆栈中——特别是对象引用,但是JAVA对象不存储其中。

  堆(heap)。一种通用性的内存池(也存在于RAM中),用于存放所以的JAVA对象。堆不同于堆栈的好处是:编译器不需要知道要从堆 里分配多少存储区域,也不必知道存储的数据在堆里存活多长时间。因此,在堆里分配存储有很大的灵活性。当你需要创建一个对象的时候 ,只需要new写一行简单的代码,当执行这行代码时,会自动在堆里进行存储分配。当然,为这种灵活性必须要付出相应的代码。用堆进行存储分配比用堆栈进行存储存储需要更多的时间。

  静态存储(static storage)。这里的“静态”是指“在固定的位置”。静态存储里存放程序运行时一直存在的数据。你可用关键字static来标识一个对象的特定元素是静态的,但JAVA对象本身从来不会存放在静态存储空间里。

  常量存储(constant storage)。常量值通常直接存放在程序代码内部,这样做是安全的,因为它们永远不会被改变。有时,在嵌入式系统中,常量本身会和其他部分分割离开,所以在这种情况下,可以选择将其放在ROM中 。

  非RAM存储。如果数据完全存活于程序之外,那么它可以不受程序的任何控制,在程序没有运行时也可以存在。

  就速度来说,有如下关系:

  寄存器 < 堆栈 < 堆 < 其他

  问题一:

  String str1 = "abc";

  String str2 = "abc";

  System.out.println(str1==str2); //true 123123

  问题二:

  String str1 =new String ("abc");

  String str2 =new String ("abc");

  System.out.println(str1==str2); // false 123123

  问题三:

  String s1 = "ja";

  String s2 = "va";

  String s3 = "java";

  String s4 = s1 + s2;

  System.out.println(s3 == s4);//false

  System.out.println(s3.equals(s4));//true 123456123456

  在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。

  堆内存用来存放由new创建的对象和数组。

  在堆中分配的内存,由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

  在堆中产生了一个数组或对象后,还可以在栈中定义一个特殊的变量,让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。

  引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。

  具体的说:

    栈与堆都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。

  Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。

  栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。

  栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义:

  int a = 3;

  int b = 3;1212

  编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找栈中是否有3这个值,如果没找到,就将3存放进来,然后将a指向3。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,因为在栈中已经有3这个值,便将b直接指向3。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。这时,如果再令a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4值,如果没有,则将4存放进来,并令a指向4;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的,因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的,它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,会影响到另一个对象引用变量。

  String是一个特殊的包装类数据。可以用:

  String str = new String("abc");

  String str = "abc"; 1212

  两种的形式来创建,第一种是用new()来新建对象的,它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。

  而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str,然后查找栈中有没有存放”abc”,如果没有,则将”abc”存放进栈,并令str指向”abc”,如果已经有”abc” 则直接令str指向“abc”。

  比较类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==,下面用例子说明上面的理论。

  String str1 = "abc";

  String str2 = "abc";

  System.out.println(str1==str2); //true 123123

  可以看出str1和str2是指向同一个对象的。

  String str1 =new String ("abc");

  String str2 =new String ("abc");

  System.out.println(str1==str2); // false123123

  用new的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。

  因此用第二种方式创建多个”abc”字符串,在内存中其实只存在一个对象而已. 这种写法有利与节省内存空间. 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于

  String str = new String("abc");

  的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。

  另一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = “abc”;的格式定义类时,总是想当然地认为,创建了String类的对象str。(不一定,因为如果事先没有,那么就会创建,这就是创建对象了,如果原来就有,那就指向那个原来的对象就可以了)!对象可能并没有被创建!而可能只是指向一个先前已经创建的对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。由于String类的immutable(不可改变性)性质,当String变量需要经常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。