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Java中堆、棧、常量池等概念解析

程序運行時,我們最好對數(shù)據(jù)保存到什么地方做到心中有數(shù)。特別要注意的是內(nèi)存的分配。有六個地方都可以保存數(shù)據(jù):

(1) 寄存器。這是最快的保存區(qū)域,因為它位于和其他所有保存方式不同的地方:處理器內(nèi)部。然而,寄存器的數(shù)量十分有限,所以寄存器是根據(jù)需要由編譯器分配。我們對此沒有直接的控制權(quán),也不可能在自己的程序里找到寄存器存在的任何蹤跡。




(2) 棧(stack)。存放基本類型的變量數(shù)據(jù)和對象的引用,但對象本身不存放在棧中,而是存放在堆(new 出來的對象)或者常量池中(字符串常量對象存放在常量池中。) 駐留于常規(guī)RAM(隨機訪問存儲器)區(qū)域,但可通過它的“堆棧指針”獲得處理的直接支持。堆棧指針若向下移,會創(chuàng)建新的內(nèi)存;若向上移,則會釋放那些內(nèi)存。這是一種特別快、特別有效的數(shù)據(jù)保存方式,僅次于寄存器。創(chuàng)建程序時,Java編譯器必須準確地知道堆棧內(nèi)保存的所有數(shù)據(jù)的“長度”以及“存在時間”。這是由于它必須生成相應(yīng)的代碼,以便向上和向下移動指針。這一限制無疑影響了程序的靈活性,所以盡管有些Java數(shù)據(jù)要保存在堆棧里——特別是對象句柄,但Java對象并不放到其中。




(3) 堆(heap)。存放所有new出來的對象,一種常規(guī)用途的內(nèi)存池(也在RAM區(qū)域),其中保存了Java對象。和堆棧不同,“內(nèi)存堆”或“堆”(Heap)最吸引人的地方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。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!




(4) 靜態(tài)存儲。存放靜態(tài)成員(static定義的),這兒的“靜態(tài)”(Static)是指“位于固定位置”(盡管也在RAM里)。程序運行期間,靜態(tài)存儲的數(shù)據(jù)將隨時等候調(diào)用??捎胹tatic關(guān)鍵字指出一個對象的特定元素是靜態(tài)的。但Java對象本身永遠都不會置入靜態(tài)存儲空間。




(5) 常數(shù)存儲。存放字符串常量和基本類型常量(public static final)。 常數(shù)值通常直接置于程序代碼內(nèi)部。這樣做是安全的,因為它們永遠都不會改變。有的常數(shù)需要嚴格地保護,所以可考慮將它們置入只讀存儲器(ROM)。




(6) 非RAM存儲。若數(shù)據(jù)完全獨立于一個程序之外,則程序不運行時仍可存在,并在程序的控制范圍之外。其中兩個最主要的例子便是“流式對象”和“固定對象”。對于流式對象,對象會變成字節(jié)流,通常會發(fā)給另一臺機器。而對于固定對象,對象保存在磁盤中。即使程序中止運行,它們?nèi)钥杀3肿约旱臓顟B(tài)不變。對于這些類型的數(shù)據(jù)存儲,一個特別有用的技巧就是它們能存在于其他媒體中。一旦需要,甚至能將它們恢復(fù)成普通的、基于RAM的對象。Java 1.1提供了對Lightweight persistence的支持。未來的版本甚至可能提供更完整的方案



這里我們主要關(guān)心棧,堆和常量池,對于棧和常量池中的對象可以共享,對于堆中的對象不可以共享。棧中的數(shù)據(jù)大小和生命周期是可以確定的,當沒有引用指向數(shù)據(jù)時,這個數(shù)據(jù)就會消失。堆中的對象的由垃圾回收器負責回收,因此大小和生命周期不需要確定,具有很大的靈活性。

對于字符串:其對象的引用都是存儲在棧中的,如果是編譯期已經(jīng)創(chuàng)建好(直接用雙引號定義的)的就存儲在常量池中,如果是運行期(new出來的)才能確定的就存儲在堆中。對于equals相等的字符串,在常量池中永遠只有一份,在堆中有多份。

如以下代碼:


Java代碼


String s1 = "china";  

String s2 = "china";  

String s3 = "china";  

String ss1 = new String("china");  

String ss2 = new String("china");  

String ss3 = new String("china"); 


這里解釋一下黃色這3個箭頭,對于通過new產(chǎn)生一個字符串(假設(shè)為”china”)時,會先去常量池中查找是否已經(jīng)有了”china”對象,如果沒有則在常量池中創(chuàng)建一個此字符串對象,然后堆中再創(chuàng)建一個常量池中此”china”對象的拷貝對象。這也就是有道面試題:String s = new String(“xyz”);產(chǎn)生幾個對象?一個或兩個,如果常量池中原來沒有”xyz”,就是兩個。


對于基礎(chǔ)類型的變量和常量:變量和引用存儲在棧中,常量存儲在常量池中。

如以下代碼:


Java代碼


int i1 = 9;  

int i2 = 9;  

int i3 = 9;   

public static final int INT1 = 9;  

public static final int INT2 = 9;  

public static final int INT3 = 9; 





對于成員變量和局部變量:成員變量就是方法外部,類的內(nèi)部定義的變量;局部變量就是方法或語句塊內(nèi)部定義的變量。局部變量必須初始化。

形式參數(shù)是局部變量,局部變量的數(shù)據(jù)存在于棧內(nèi)存中。棧內(nèi)存中的局部變量隨著方法的消失而消失。

成員變量存儲在堆中的對象里面,由垃圾回收器負責回收。

如以下代碼:


Java代碼


class BirthDate {  

    private int day;  

    private int month;  

    private int year;      

    public BirthDate(int d, int m, int y) {  

        day = d;   

        month = m;   

        year = y;  

    }  

    省略get,set方法………  


public class Test{  

    public static void main(String args[]){  

int date = 9;  

        Test test = new Test();        

           test.change(date);   

        BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);         

    }   


    public void change1(int i){  

        i = 1234;  

    } 

}





對于以上這段代碼,date為局部變量,i,d,m,y都是形參為局部變量,day,month,year為成員變量。下面分析一下代碼執(zhí)行時候的變化:

1. main方法開始執(zhí)行:int date = 9;

date局部變量,基礎(chǔ)類型,引用和值都存在棧中。

2. Test test = new Test();

test為對象引用,存在棧中,對象(new Test())存在堆中。

3. test.change(date);

i為局部變量,引用和值存在棧中。當方法change執(zhí)行完成后,i就會從棧中消失。

4. BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970); 

d1 為對象引用,存在棧中,對象(new BirthDate())存在堆中,其中d,m,y為局部變量存儲在棧中,且它們的類型為基礎(chǔ)類型,因此它們的數(shù)據(jù)也存儲在棧中。 day,month,year為成員變量,它們存儲在堆中(new BirthDate()里面)。當BirthDate構(gòu)造方法執(zhí)行完之后,d,m,y將從棧中消失。

5.main方法執(zhí)行完之后,date變量,test,d1引用將從棧中消失,new Test(),new BirthDate()將等待垃圾回收。



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