深度剖析Java變量棧&對象堆

Java把記憶體分成兩種，一種叫做棧記憶體，一種叫做堆記憶體

在函數中定義的一些基本類型的變量和對象的引用變量都是在函數的棧記憶體中配置設定。當在一段代碼塊中定義一個變量時，java就在棧中為這個變量配置設定記憶體空間，當超過變量的作用域後，java會自動釋放掉為該變量配置設定的記憶體空間，該記憶體空間可以立刻被另作他用。

堆記憶體用于存放由new建立的對象和數組。在堆中配置設定的記憶體，由java虛拟機自動垃圾回收器來管理。在堆中産生了一個數組或者對象後，還可以在棧中定義一個特殊的變量，這個變量的取值等于數組或者對象在堆記憶體中的首位址，在棧中的這個特殊的變量就變成了數組或者對象的引用變量，以後就可以在程式中使用棧記憶體中的引用變量來通路堆中的數組或者對象，引用變量相當于為數組或者對象起的一個别名，或者代号。

引用變量是普通變量，定義時在棧中配置設定記憶體，引用變量在程式運作到作用域外釋放。而數組＆對象本身在堆中配置設定，即使程式運作到使用new産生數組和對象的語句所在地代碼塊之外，數組和對象本身占用的堆記憶體也不會被釋放，數組和對象在沒有引用變量指向它的時候，才變成垃圾，不能再被使用，但是仍然占着記憶體，在随後的一個不确定的時間被垃圾回收器釋放掉。這個也是java比較占記憶體的主要原因，實際上，棧中的變量指向堆記憶體中的變量，這就是

Java 中的指針!

java中記憶體配置設定政策及堆和棧的比較 

　　1 記憶體配置設定政策 

　　按照編譯原理的觀點,程式運作時的記憶體配置設定有三種政策,分别是靜态的,棧式的,和堆式的. 

　　靜态存儲配置設定是指在編譯時就能确定每個資料目标在運作時刻的存儲空間需求,因而在編譯時就可以給他們配置設定固定的記憶體空間.這種配置設定政策要求程式代碼中不允許有可變資料結構(比如可變數組)的存在,也不允許有嵌套或者遞歸的結構出現,因為它們都會導緻編譯程式無法計算準确的存儲空間需求. 

　　棧式存儲配置設定也可稱為動态存儲配置設定,是由一個類似于堆棧的運作棧來實作的.和靜态存儲配置設定相反,在棧式存儲方案中,程式對資料區的需求在編譯時是完全未知的,隻有到運作的時候才能夠知道,但是規定在運作中進入一個程式子產品時,必須知道該程式子產品所需的資料區大小才能夠為其配置設定記憶體.和我們在資料結構所熟知的棧一樣,棧式存儲配置設定按照先進後出的原則進行配置設定。 

　　靜态存儲配置設定要求在編譯時能知道所有變量的存儲要求,棧式存儲配置設定要求在過程的入口處必須知道所有的存儲要求,而堆式存儲配置設定則專門負責在編譯時或運作時子產品入口處都無法确定存儲要求的資料結構的記憶體配置設定,比如可變長度串和對象執行個體.堆由大片的可利用塊或空閑塊組成,堆中的記憶體可以按照任意順序配置設定和釋放. 

　　2 堆和棧的比較 

　　上面的定義從編譯原理的教材中總結而來,除靜态存儲配置設定之外,都顯得很呆闆和難以了解,下面撇開靜态存儲配置設定,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，棧主要是用來執行程式的.而這種不同又主要是由于堆和棧的特點決定的: 

　　在程式設計中，例如C/C++中，所有的方法調用都是通過棧來進行的,所有的局部變量,形式參數都是從棧中配置設定記憶體空間的。實際上也不是什麼配置設定,隻是從棧頂向上用就行,就好像工廠中的傳送帶(conveyor belt)一樣,Stack Pointer會自動指引你到放東西的位置,你所要做的隻是把東西放下來就行.退出函數的時候，修改棧指針就可以把棧中的内容銷毀.這樣的模式速度最快, 當然要用來運作程式了.需要注意的是,在配置設定的時候,比如為一個即将要調用的程式子產品配置設定資料區時,應事先知道這個資料區的大小,也就說是雖然配置設定是在程式運作時進行的,但是配置設定的大小多少是确定的,不變的,而這個"大小多少"是在編譯時确定的,不是在運作時. 

　　堆是應用程式在運作的時候請求作業系統配置設定給自己記憶體，由于從作業系統管理的記憶體配置設定,是以在配置設定和銷毀時都要占用時間，是以用堆的效率非常低.但是堆的優點在于,編譯器不必知道要從堆裡配置設定多少存儲空間，也不必知道存儲的資料要在堆裡停留多長的時間,是以,用堆儲存資料時會得到更大的靈活性。事實上,面向對象的多态性,堆記憶體配置設定是必不可少的,因為多态變量所需的存儲空間隻有在運作時建立了對象之後才能确定.在C++中，要求建立一個對象時，隻需用 new指令編制相關的代碼即可。執行這些代碼時，會在堆裡自動進行資料的儲存.當然，為達到這種靈活性，必然會付出一定的代價:在堆裡配置設定存儲空間時會花掉更長的時間!這也正是導緻我們剛才所說的效率低的原因,看來列甯同志說的好,人的優點往往也是人的缺點,人的缺點往往也是人的優點(暈~). 

　　3 JVM中的堆和棧 

　　JVM是基于堆棧的虛拟機.JVM為每個新建立的線程都配置設定一個堆棧.也就是說,對于一個Java程式來說，它的運作就是通過對堆棧的操作來完成的。堆棧以幀為機關儲存線程的狀态。JVM對堆棧隻進行兩種操作:以幀為機關的壓棧和出棧操作。 

　　我們知道,某個線程正在執行的方法稱為此線程的目前方法.我們可能不知道,目前方法使用的幀稱為目前幀。當線程激活一個Java方法,JVM就會線上程的 Java堆棧裡新壓入一個幀。這個幀自然成為了目前幀.在此方法執行期間,這個幀将用來儲存參數,局部變量,中間計算過程和其他資料.這個幀在這裡和編譯原理中的活動紀錄的概念是差不多的. 

　　從Java的這種配置設定機制來看,堆棧又可以這樣了解:堆棧(Stack)是作業系統在建立某個程序時或者線程(在支援多線程的作業系統中是線程)為這個線程建立的存儲區域，該區域具有先進後出的特性。 

　　每一個Java應用都唯一對應一個JVM執行個體，每一個執行個體唯一對應一個堆。應用程式在運作中所建立的所有類執行個體或數組都放在這個堆中,并由應用所有的線程共享.跟C/C++不同，Java中配置設定堆記憶體是自動初始化的。Java中所有對象的存儲空間都是在堆中配置設定的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中配置設定,也就是說在建立一個對象時從兩個地方都配置設定記憶體，在堆中配置設定的記憶體實際建立這個對象，而在堆棧中配置設定的記憶體隻是一個指向這個堆對象的指針(引用)而已。 

　　Java 中的堆和棧 

　　Java把記憶體劃分成兩種：一種是棧記憶體，一種是堆記憶體。 

　　在函數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的棧記憶體中配置設定。 

　　當在一段代碼塊定義一個變量時，Java就在棧中為這個變量配置設定記憶體空間，當超過變量的作用域後，Java會自動釋放掉為該變量所配置設定的記憶體空間，該記憶體空間可以立即被另作他用。 

　　堆記憶體用來存放由new建立的對象和數組。 

　　在堆中配置設定的記憶體，由Java虛拟機的自動垃圾回收器來管理。 

　　在堆中産生了一個數組或對象後，還可以在棧中定義一個特殊的變量，讓棧中這個變量的取值等于數組或對象在堆記憶體中的首位址，棧中的這個變量就成了數組或對象的引用變量。 

　　引用變量就相當于是為數組或對象起的一個名稱，以後就可以在程式中使用棧中的引用變量來通路堆中的數組或對象。 

　　具體的說： 

　　棧與堆都是Java用來在Ram中存放資料的地方。與C++不同，Java自動管理棧和堆，程式員不能直接地設定棧或堆。 

　　Java的堆是一個運作時資料區,類的(對象從中配置設定空間。這些對象通過new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程式代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負責的，堆的優勢是可以動态地配置設定記憶體大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在運作時動态配置設定記憶體的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的資料。但缺點是，由于要在運作時動态配置設定記憶體，存取速度較慢。 

　　棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧資料可以共享。但缺點是，存在棧中的資料大小與生存期必須是确定的，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，就是存在棧中的資料可以共享。假設我們同時定義： 

　　int a = 3; 

　　int b = 3; 

　　編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中建立一個變量為a的引用，然後查找棧中是否有3這個值，如果沒找到，就将3存放進來，然後将a指向3。接着處理int b = 3;在建立完b的引用變量後，因為在棧中已經有3這個值，便将b直接指向3。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。這時，如果再令a=4;那麼編譯器會重新搜尋棧中是否有4值，如果沒有，則将4存放進來，并令a指向4;如果已經有了，則直接将a指向這個位址。是以a值的改變不會影響到b的值。要注意這種資料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，它有利于節省空間。而一個對象引用變量修改了這個對象的内部狀态，會影響到另一個對象引用變量