1、java內(nèi)存機制 堆和棧java內(nèi)存機制_堆和棧2010-09-30問題的引入：問題一：Stringstr1=abc；Stringstr2=abc；System.out.println(str1=str2)；/true問題二：Stringstr1=newString(abc)；Stringstr2=newString(abc)；System.out.println(str1=str2)；/false問題三：Strings1=ja；Strings2=va；Strings3=java；Strings4=s1+s2；System.out.println(s3=s4)；/false System.ou

2、t.println(s3.equals(s4)；/true由于以上問題讓人含糊不清，于是特地搜集了一些有關(guān)java內(nèi)存分配的資料,以下是網(wǎng)摘：Java中的堆和棧Java把內(nèi)存劃分成兩種：一種是棧內(nèi)存，一種是堆內(nèi)存。在函數(shù)中定義的一些基本類型的變量和對象的引用變量都在函數(shù)的棧內(nèi)存中分配。當在一段代碼塊定義一個變量時，Java就在棧中為這個變量分配內(nèi)存空間，當超過變量的作用域后，Java會自動釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間可以立即被另作他用。堆內(nèi)存用來存放由new創(chuàng)建的對象和數(shù)組。在堆中分配的內(nèi)存，由Java虛擬機的自動垃圾回收器來管理。在堆中產(chǎn)生了一個數(shù)組或?qū)ο蠛?，還可以在棧中定義一

3、個特殊的變量，讓棧中這個變量的取值等于數(shù)組或?qū)ο笤诙褍?nèi)存中的首地址，棧中的這個變量就成了數(shù)組或?qū)ο蟮囊米兞?。引用變量就相當于是為?shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€名稱，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來訪問堆中的數(shù)組或?qū)ο?。具體的說：棧與堆都是Java用來在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C+不同，Java自動管理棧和堆，程序員不能直接地設(shè)置?；蚨?。Java的堆是一個運行時數(shù)據(jù)區(qū),類的(對象從中分配空間。這些對象通過new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負責(zé)的，堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴

4、編譯器，因為它是在運行時動態(tài)分配內(nèi)存的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點是，由于要在運行時動態(tài)分配內(nèi)存，存取速度較慢。棧的優(yōu)勢是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧數(shù)據(jù)可以共享。但缺點是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。棧中主要存放一些基本類型的變量(,int,short,long,byte,float,double,boolean,char)和對象句柄。棧有一個很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時定義：inta=3；intb=3；編譯器先處理inta=3；首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用，然后查找棧中是否有3這個值，如果沒找

5、到，就將3存放進來，然后將a指向3。接著處理intb=3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，因為在棧中已經(jīng)有3這個值，便將b直接指向3。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時均指向3的情況。這時，如果再令a=4；那么編譯器會重新搜索棧中是否有4值，如果沒有，則將4存放進來，并令a指向4；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。要注意這種數(shù)據(jù)的共享與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共享是不同的，因為這種情況a的修改并不會影響到b,它是由編譯器完成的，它有利于節(jié)省空間。而一個對象引用變量修改了這個對象的內(nèi)部狀態(tài)，會影響到另一個對象引用變量。String是一個特殊的包裝類數(shù)據(jù)?？梢杂茫篠t

6、ringstr=newString(abc)；Stringstr=abc；兩種的形式來創(chuàng)建，第一種是用new()來新建對象的，它會在存放于堆中。每調(diào)用一次就會創(chuàng)建一個新的對象。而第二種是先在棧中創(chuàng)建一個對String類的對象引用變量str，然后查找棧中有沒有存放abc，如果沒有，則將abc存放進棧，并令str指向abc，如果已經(jīng)有abc則直接令str指向abc。比較類里面的數(shù)值是否相等時，用equals()方法；當測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時，用=，下面用例子說明上面的理論。Stringstr1=abc；Stringstr2=abc；System.out.println(str1=

7、str2)；/true可以看出str1和str2是指向同一個對象的。Stringstr1=newString(abc)；Stringstr2=newString(abc)；System.out.println(str1=str2)；/false用new的方式是生成不同的對象。每一次生成一個。因此用第二種方式創(chuàng)建多個abc字符串,在內(nèi)存中其實只存在一個對象而已.這種寫法有利與節(jié)省內(nèi)存空間.同時它可以在一定程度上提高程序的運行速度，因為JVM會自動根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實際情況來決定是否有必要創(chuàng)建新對象。而對于Stringstr=newString(abc)；的代碼，則一概在堆中創(chuàng)建新對象，而不管其字符串

8、值是否相等，是否有必要創(chuàng)建新對象，從而加重了程序的負擔(dān)。另一方面,要注意：我們在使用諸如Stringstr=abc；的格式定義類時，總是想當然地認為，創(chuàng)建了String類的對象str。擔(dān)心陷阱！對象可能并沒有被創(chuàng)建！而可能只是指向一個先前已經(jīng)創(chuàng)建的對象。只有通過new()方法才能保證每次都創(chuàng)建一個新的對象。由于String類的immutable性質(zhì)，當String變量需要經(jīng)常變換其值時，應(yīng)該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。java中內(nèi)存分配策略及堆和棧的比較2.1內(nèi)存分配策略按照編譯原理的觀點,程序運行時的內(nèi)存分配有三種策略,分別是靜態(tài)的,棧式的,和堆式的.靜態(tài)存儲分配是指

9、在編譯時就能確定每個數(shù)據(jù)目標在運行時刻的存儲空間需求,因而在編譯時就可以給他們分配固定的內(nèi)存空間.這種分配策略要求程序代碼中不允許有可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(比如可變數(shù)組)的存在,也不允許有嵌套或者遞歸的結(jié)構(gòu)出現(xiàn),因為它們都會導(dǎo)致編譯程序無法計算準確的存儲空間需求.棧式存儲分配也可稱為動態(tài)存儲分配,是由一個類似于堆棧的運行棧來實現(xiàn)的.和靜態(tài)存儲分配相反,在棧式存儲方案中,程序?qū)?shù)據(jù)區(qū)的需求在編譯時是完全未知的,只有到運行的時候才能夠知道,但是規(guī)定在運行中進入一個程序模塊時,必須知道該程序模塊所需的數(shù)據(jù)區(qū)大小才能夠為其分配內(nèi)存.和我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所熟知的棧一樣,棧式存儲分配按照先進后出的原則進行分配。靜態(tài)存儲

10、分配要求在編譯時能知道所有變量的存儲要求,棧式存儲分配要求在過程的入口處必須知道所有的存儲要求,而堆式存儲分配則專門負責(zé)在編譯時或運行時模塊入口處都無法確定存儲要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)存分配,比如可變長度串和對象實例.堆由大片的可利用塊或空閑塊組成,堆中的內(nèi)存可以按照任意順序分配和釋放.2.2堆和棧的比較上面的定義從編譯原理的教材中總結(jié)而來,除靜態(tài)存儲分配之外,都顯得很呆板和難以理解,下面撇開靜態(tài)存儲分配,集中比較堆和棧：從堆和棧的功能和作用來通俗的比較,堆主要用來存放對象的，棧主要是用來執(zhí)行程序的.而這種不同又主要是由于堆和棧的特點決定的：在編程中，例如C/C+中，所有的方法調(diào)用都是通過棧來進行的

11、,所有的局部變量,形式參數(shù)都是從棧中分配內(nèi)存空間的。實際上也不是什么分配,只是從棧頂向上用就行,就好像工廠中的傳送帶(conveyorbelt)一樣,StackPointer會自動指引你到放東西的位置,你所要做的只是把東西放下來就行.退出函數(shù)的時候，修改棧指針就可以把棧中的內(nèi)容銷毀.這樣的模式速度最快,當然要用來運行程序了.需要注意的是,在分配的時候,比如為一個即將要調(diào)用的程序模塊分配數(shù)據(jù)區(qū)時,應(yīng)事先知道這個數(shù)據(jù)區(qū)的大小,也就說是雖然分配是在程序運行時進行的,但是分配的大小多少是確定的,不變的,而這個大小多少是在編譯時確定的,不是在運行時.堆是應(yīng)用程序在運行的時候請求操作系統(tǒng)分配給自己內(nèi)存，由

12、于從操作系統(tǒng)管理的內(nèi)存分配,所以在分配和銷毀時都要占用時間，因此用堆的效率非常低.但是堆的優(yōu)點在于,編譯器不必知道要從堆里分配多少存儲空間，也不必知道存儲的數(shù)據(jù)要在堆里停留多長的時間,因此,用堆保存數(shù)據(jù)時會得到更大的靈活性。事實上,面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性,堆內(nèi)存分配是必不可少的,因為多態(tài)變量所需的存儲空間只有在運行時創(chuàng)建了對象之后才能確定.在C+中，要求創(chuàng)建一個對象時，只需用new命令編制相關(guān)的代碼即可。執(zhí)行這些代碼時，會在堆里自動進行數(shù)據(jù)的保存.當然，為達到這種靈活性，必然會付出一定的代價：在堆里分配存儲空間時會花掉更長的時間！這也正是導(dǎo)致我們剛才所說的效率低的原因,看來列寧同志說的好,人的優(yōu)點往

13、往也是人的缺點,人的缺點往往也是人的優(yōu)點(暈).2.3JVM中的堆和棧JVM是基于堆棧的虛擬機.JVM為每個新創(chuàng)建的線程都分配一個堆棧.也就是說,對于一個Java程序來說，它的運行就是通過對堆棧的操作來完成的。堆棧以幀為單位保存線程的狀態(tài)。JVM對堆棧只進行兩種操作：以幀為單位的壓棧和出棧操作。我們知道,某個線程正在執(zhí)行的方法稱為此線程的當前方法.我們可能不知道,當前方法使用的幀稱為當前幀。當線程激活一個Java方法,JVM就會在線程的Java堆棧里新壓入一個幀。這個幀自然成為了當前幀.在此方法執(zhí)行期間,這個幀將用來保存參數(shù),局部變量,中間計算過程和其他數(shù)據(jù).這個幀在這里和編譯原理中的活動紀錄

14、的概念是差不多的.從Java的這種分配機制來看,堆棧又可以這樣理解：堆棧(Stack)是操作系統(tǒng)在建立某個進程時或者線程(在支持多線程的操作系統(tǒng)中是線程)為這個線程建立的存儲區(qū)域，該區(qū)域具有先進后出的特性。每一個Java應(yīng)用都唯一對應(yīng)一個JVM實例，每一個實例唯一對應(yīng)一個堆。應(yīng)用程序在運行中所創(chuàng)建的所有類實例或數(shù)組都放在這個堆中,并由應(yīng)用所有的線程共享.跟C/C+不同，Java中分配堆內(nèi)存是自動初始化的。Java中所有對象的存儲空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配,也就是說在建立一個對象時從兩個地方都分配內(nèi)存，在堆中分配的內(nèi)存實際建立這個對象，而在堆棧中分配的內(nèi)存只是一個指

15、向這個堆對象的指針(引用)而已。一、Java內(nèi)存分配1、Java有幾種存儲區(qū)域?*寄存器-在CPU內(nèi)部，開發(fā)人員不能通過代碼來控制寄存器的分配，由編譯器來管理*棧-在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域，即棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的。-優(yōu)點：由系統(tǒng)自動分配，速度較快。-缺點：不夠靈活，但程序員是無法控制的。-存放基本數(shù)據(jù)類型、開發(fā)過程中就創(chuàng)建的對象(而不是運行過程中)*堆-是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域-在堆中，沒有堆棧指針，為此也就無法直接從處理器那邊獲得支持-堆的好處是有很大的靈活性。如Java編譯器不需要知道從堆里需要分配多少

16、存儲區(qū)域，也不必知道存儲的數(shù)據(jù)在堆里會存活多長時間。*靜態(tài)存儲區(qū)域與常量存儲區(qū)域-靜態(tài)存儲區(qū)用來存放static類型的變量-常量存儲區(qū)用來存放常量類型(final)類型的值，一般在只讀存儲器中*非RAM存儲-如流對象，是要發(fā)送到另外一臺機器上的-持久化的對象，存放在磁盤上2、java內(nèi)存分配-基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型直接在?？臻g分配；-方法的形式參數(shù)，直接在?？臻g分配，當方法調(diào)用完成后從?？臻g回收；-引用數(shù)據(jù)類型，需要用new來創(chuàng)建，既在?？臻g分配一個地址空間，又在堆空間分配對象的類變量；-方法的引用參數(shù)，在?？臻g分配一個地址空間，并指向堆空間的對象區(qū)，當方法調(diào)用完后從?？臻g回收；-局部變量new出來時，

17、在棧空間和堆空間中分配空間，當局部變量生命周期結(jié)束后，?？臻g立刻被回收，堆空間區(qū)域等待GC回收；-方法調(diào)用時傳入的literal參數(shù)，先在?？臻g分配，在方法調(diào)用完成后從?？臻g釋放；-字符串常量在DATA區(qū)域分配，this在堆空間分配；-數(shù)組既在棧空間分配數(shù)組名稱，又在堆空間分配數(shù)組實際的大??！3、Java內(nèi)存模型*Java虛擬機將其管轄的內(nèi)存大致分三個邏輯部分：方法區(qū)(MethodArea)、Java棧和Java堆。-方法區(qū)是靜態(tài)分配的，編譯器將變量在綁定在某個存儲位置上，而且這些綁定不會在運行時改變。常數(shù)池，源代碼中的命名常量、String常量和static變量保存在方法區(qū)。-JavaSta

18、ck是一個邏輯概念，特點是后進先出。一個棧的空間可能是連續(xù)的，也可能是不連續(xù)的。最典型的Stack應(yīng)用是方法的調(diào)用，Java虛擬機每調(diào)用一次方法就創(chuàng)建一個方法幀(frame)，退出該方法則對應(yīng)的方法幀被彈出(pop)。棧中存儲的數(shù)據(jù)也是運行時確定的?-Java堆分配(heapallocation)意味著以隨意的順序，在運行時進行存儲空間分配和收回的內(nèi)存管理模型。堆中存儲的數(shù)據(jù)常常是大小、數(shù)量和生命期在編譯時無法確定的。Java對象的內(nèi)存總是在heap中分配。4、Java內(nèi)存分配實例解析常量池(constantpool)指的是在編譯期被確定，并被保存在已編譯的.class文件中的一些數(shù)據(jù)。它包括

19、了關(guān)于類、方法、接口等中的常量，也包括字符串常量。常量池在運行期被JVM裝載，并且可以擴充。String的intern()方法就是擴充常量池的一個方法；當一個String實例str調(diào)用intern()方法時，Java查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，則返回其引用，如果沒有，則在常量池中增加一個Unicode等于str的字符串并返回它的引用。例：Strings1=newString(kvill)；Strings2=ern()；System.out.println(s1=ern()；/false System.out.println(s1+s2)；/

20、kvillkvill System.out.println(s2=ern()；/true這個類中事先沒有聲名kvill常量，所以常量池中一開始是沒有kvill的，當調(diào)用ern()后就在常量池中新添加了一個kvill常量，原來的不在常量池中的kvill仍然存在。s1=ern()為false說明原來的kvill仍然存在；s2現(xiàn)在為常量池中kvill的地址，所以有s2=ern()為true。String常量池問題(1)字符串常量的+號連接，在編譯期字符串常量的值就確定下來,拿a+1來說，編譯器優(yōu)化后在class中就已經(jīng)是a1。Stringa=a1；St

21、ringb=a+1；System.out.println(a=b)；/result=true Stringa=atrue；Stringb=a+true；System.out.println(a=b)；/result=true Stringa=a3.4；Stringb=a+3.4；System.out.println(a=b)；/result=true(2)對于含有字符串引用的+連接，無法被編譯器優(yōu)化。Stringa=ab；Stringbb=b；Stringb=a+bb；System.out.println(a=b)；/result=false由于引用的值在程序編譯期是無法確定的，即a+bb，只

22、有在運行期來動態(tài)分配并將連接后的新地址賦給b。(3)對于final修飾的變量，它在編譯時被解析為常量值的一個本地拷貝并存儲到自己的常量池中或嵌入到它的字節(jié)碼流中。所以此時的a+bb和a+b效果是一樣的。Stringa=ab；finalStringbb=b；Stringb=a+bb；System.out.println(a=b)；/result=true(4)jvm對于字符串引用bb，它的值在編譯期無法確定，只有在程序運行期調(diào)用方法后，將方法的返回值和a來動態(tài)連接并分配地址為b。Stringa=ab；finalStringbb=getbb()；Stringb=a+bb；System.out.pr

23、intln(a=b)；/result=false privatestaticstringgetbb()returnb；(5)String變量采用連接運算符(+)效率低下。Strings=a+b+c；就等價于Strings=abc；Stringa=a；Stringb=b；Stringc=c；Strings=a+b+c；這個就不一樣了，最終結(jié)果等于：Stringbuffertemp=newStringbuffer()；temp.append(a).append(b).append(c)；Strings=temp.toString()；(6)Integer、Double等包裝類和String有著同樣

24、的特性：不變類。Stringstr=abc的內(nèi)部工作機制很有代表性，以Boolean為例，說明同樣的問題。不變類的屬性一般定義為final，一旦構(gòu)造完畢就不能再改變了。Boolean對象只有有限的兩種狀態(tài)：true和false，將這兩個Boolean對象定義為命名常量：publicstaticfinalBooleanTRUE=newBoolean(true)；publicstaticfinalBooleanFALSE=newBoolean(false)；這兩個命名常量和字符串常量一樣，在常數(shù)池中分配空間。Boolean.TRUE是一個引用，Boolean.FALSE是一個引用，而abc也是一個

25、引用！由于Boolean.TRUE是類變量(static)將靜態(tài)地分配內(nèi)存，所以需要很多Boolean對象時，并不需要用new表達式創(chuàng)建各個實例，完全可以共享這兩個靜態(tài)變量。其JDK中源代碼是：publicstaticBooleanvalueOf(booleanb)return(b?TRUE：FALSE)；基本數(shù)據(jù)(Primitive)類型的自動裝箱(autoboxing)、拆箱(unboxing)是JSE5.0提供的新功能。Booleanb1=5 3；等價于Booleanb1=Boolean.valueOf(5 3)；/優(yōu)于Booleanb1=newBoolean(5 3)；staticvo

26、idfoo()booleanisTrue=5 3；/基本類型Booleanb1=Boolean.TRUE；/靜態(tài)變量創(chuàng)建的對象Booleanb2=Boolean.valueOf(isTrue)；/靜態(tài)工廠Booleanb3=5 3；/自動裝箱(autoboxing)System.out.println(b1=b2?+(b1=b2)；System.out.println(b1=b3?+(b1=b3)；Booleanb4=newBoolean(isTrue)；/不宜使用System.out.println(b1=b4?+(b1=b4)；/浪費內(nèi)存、有創(chuàng)建實例的時間開銷/這里b1、b2、b3指向同一

27、個Boolean對象。(7)如果問你：Stringx=abc；創(chuàng)建了幾個對象?準確的答案是：0或者1個。如果存在abc，則變量x持有abc這個引用，而不創(chuàng)建任何對象。如果問你：Stringstr1=newString(abc)；創(chuàng)建了幾個對象?準確的答案是：1或者2個。(至少1個在heap中)(8)對于inta=3；intb=3；編譯器先處理inta=3；首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用，然后查找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開辟一個存放3這個字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處理intb=3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就

28、出現(xiàn)了a與b同時均指向3的情況。5、堆(Heap)和非堆(Non-heap)內(nèi)存按照官方的說法：Java虛擬機具有一個堆，堆是運行時數(shù)據(jù)區(qū)域，所有類實例和數(shù)組的內(nèi)存均從此處分配。堆是在Java虛擬機啟動時創(chuàng)建的?？梢钥闯鯦VM主要管理兩種類型的內(nèi)存：堆和非堆。簡單來說堆就是Java代碼可及的內(nèi)存，是留給開發(fā)人員使用的；非堆就是JVM留給自己用的，所以方法區(qū)、JVM內(nèi)部處理或優(yōu)化所需的內(nèi)存(如JIT編譯后的代碼緩存)、每個類結(jié)構(gòu)(如運行時常數(shù)池、字段和方法數(shù)據(jù))以及方法和構(gòu)造方法的代碼都在非堆內(nèi)存中。堆內(nèi)存分配JVM初始分配的內(nèi)存由-Xms指定，默認是物理內(nèi)存的1/64；JVM最大分配的內(nèi)存由-Xmx指定，默認是物理內(nèi)存的1/4。默認空余堆內(nèi)存小于40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆內(nèi)存大于70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制。因此服務(wù)器一般設(shè)置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC后調(diào)整堆的大小。非堆內(nèi)存分配JVM使用-XX：PermS