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Java JVM内存(栈、堆、常量池)分配

JAVA web前端中文站 2年前 (2017-04-24) 849次浏览 已收录 0个评论

有人说java没有内存泄漏。这其实是不科学的。不是没有内存泄漏,而是你没有遇到而已!

栈、堆、常量池虽同属 Java 内存分配时操作的区域,但其适用范围和功用却大不相同。

Java 内存分配与管理是 Java 的核心技术之一,今天我们再次深入 Java 核心,详细介绍一下 Java 在内存分配方面的知识。一般 Java 在内存分配时会涉及到以下区域:

  • 寄存器:我们在程序中无法控制
  • 栈:存放基本类型的数据和对象的引用,但对象本身不存放在栈中,而是存放在堆中
  • 堆:存放用 new 产生的数据
  • 静态域:存放在对象中用 static 定义的静态成员
  • 常量池:存放常量
  • 非 RAM 存储:硬盘等永久存储空间

Java 内存分配中的栈

在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。
当在一段代码块定义一个变量时,Java 就在栈中 为这个变量分配内存空间,当该变量退出该作用域后,Java 会自动释放掉为该变量所分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作他用。

Java 内存分配中的堆

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。引用变量就相当于是为数组或者对象起的一个名称。
引用变量是普通的变量,定义时在栈中分配,引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放。而数组和对象本身在堆中分配,即使程序 运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外,数组和对象本身占据的内存不会被释放,数组和对象在没有引用变量指向它的时候,才变为垃圾,不能在被使用,但仍 然占据内存空间不放,在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走(释放掉)。这也是 Java 比较占内存的原因。
实际上,栈中的变量指向堆内存中的变量,这就是 Java 中的指针!

常量池 (constant pool)

常量池指的是在编译期被确定,并被保存在已编译的.class 文件中的一些数据。除了包含代码中所定义的各种基本类型(如 int、long 等等)和对象型(如 String 及数组)的常量值(final)还包含一些以文本形式出现的符号引用,比如:

  • 类和接口的全限定名;
  • 字段的名称和描述符;
  • 方法和名称和描述符。

虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和,包括直接常量(string,integer 和 floating point 常量)和对其他类型,字段和方法的符号引用。
对于 String 常量,它的值是在常量池中的。而 JVM 中的常量池在内存当中是以表的形式存在的, 对于 String 类型,有一张固定长度的 CONSTANT_String_info 表用来存储文字字符串值,注意:该表只存储文字字符串值,不存储符号引 用。说到这里,对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了。在程序执行的时候,常量池 会储存在 Method Area,而不是堆中。

堆与栈

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数据(int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄(引用)。

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;

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";

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,然后通过符号引用去字符串常量池 里找有没有”abc”,如果没有,则将”abc”存放进字符串常量池 ,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

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); // false

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。担心陷阱!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 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。

  1. 首先 String 不属于 8 种基本数据类型,String 是一个对象。因为对象的默认值是 null,所以 String 的默认值也是 null;但它又是一种特殊的对象,有其它对象没有的一些特性。
  2. new String()和 new String(””)都是申明一个新的空字符串,是空串不是 null;
  3. String str=”kvill”;String str=new String (”kvill”)的区别

看下面的示例:

 String s0="kvill";   String s1="kvill";   String s2="kv" + "ill";   System.out.println( s0==s1 );   System.out.println( s0==s2 );

结果为:

 true  true

我们要知结果为道 Java 会确保一个字符串常量只有一个拷贝。
因为例子中的 s0 和 s1 中的”kvill”都是字符串常量,它们在编译期就被确定了,所以 s0==s1 为 true;而”kv”和”ill”也都是字符串常量,当一个字 符串由多个字符串常量连接而成时,它自己肯定也是字符串常量,所以 s2 也同样在编译期就被解析为一个字符串常量,所以 s2 也是常量池中” kvill”的一个引用。所以我们得出 s0==s1==s2;用 new String() 创建的字符串不是常量,不能在编译期就确定,所以 new String() 创建的字符串不放入常量池中,它们有自己的地址空间。

示例:

 String s0="kvill";    String s1=new String("kvill");    String s2="kv" + new String("ill");    System.out.println( s0==s1 );    System.out.println( s0==s2 );    System.out.println( s1==s2 );

结果为:

 false false false

例 2 中 s0 还是常量池 中”kvill”的应用,s1 因为无法在编译期确定,所以是运行时创建的新对象”kvill”的引用,s2 因为有后半部分 new String(”ill”)所以也无法在编译期确定,所以也是一个新创建对象”kvill”的应用;明白了这些也就知道为何得出此结果了。


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