java学习(四) —— 内存分配浅析

前言

1. java中有很多类型的变量、静态变量、全局变量及对象等，这些变量在java运行的时候到底是如何分配内存的呢？接下来有必要对此进行一些探究。

2. 基本知识概念：

   （1）寄存器：最快的存储区, 由编译器根据需求进行分配,我们在程序中无法控制
   （2）栈：存放基本类型的变量数据和对象的引用，但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆（new 出来的对象）或者常量池中（字符串常量对象存放在常量池中。）
       【1】存储局部变量，方法的参数，对象的引用及中间运算结果等数据；
       【2】栈的优势是，存取速度比堆快，仅次于寄存器，栈数据可以共享；
       【3】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.
   （3）堆：存放所有new出来的对象。
       【1】即java运行时创建的所有引用类型（类类型，数组类型）。
       【2】堆中分配的内存，由java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。
       【3】其优势就是可以动态的分配内存大小，生存期也不用事先告诉编译器，因为它时运行时动态分配内存的；
       【4】缺点是，由于要在运行时分配内存，存取速度较慢。
   （4）静态域：存放静态成员（static定义的）
   （5）常量池：存放字符串常量和基本类型常量（public static final）。
   （6）非RAM存储：硬盘等永久存储空间

3. 首先要知道的是Java程序运行在JVM(Java Virtual Machine，Java虚拟机)上，可以把JVM理解成Java程序和操作系统之间的桥梁，JVM实现了Java的平台无关性，由此可见JVM的重要性。
4. 所以在学习Java内存分配原理的时候一定要牢记这一切都是在JVM中进行的，JVM是内存分配原理的基础与前提。

java程序运行过程涉及到的内存区域：

1. 寄存器：JVM内部虚拟寄存器，存取速度非常快，程序不可控制。

2. 栈：保存局部变量的值，包括：

   （1）用来保存基本数据类型的值；
   （2）保存类的实例，即堆区对象的引用(指针)。也可以用来保存加载方法时的帧。

3. 堆：用来存放动态产生的数据，比如new出来的对象。注意：

   （1）创建出来的对象只包含属于各自的成员变量，并不包括成员方法。
   （2）因为同一个类的对象拥有各自的成员变量，存储在各自的堆中，但是他们共享该类的方法，并不是每创建一个对象就把成员方法复制一次。

4. 常量池：常量池存在于堆中。

   （1）JVM为每个已加载的类型维护一个常量池；
   （2）常量池就是这个类型用到的常量的一个有序集合。
   （3）包括直接常量(基本类型，String)和对其他类型、方法、字段的符号引用。
   （4）池中的数据和数组一样通过索引访问。
   （5）由于常量池包含了一个类型所有的对其他类型、方法、字段的符号引用，所以常量池在Java的动态链接中起了核心作用。

5. 代码段：用来存放从硬盘上读取的源程序代码。
6. 数据段：用来存放static定义的静态成员。
7. 内存图：
   

实例详解堆和栈的内存分配

1. 备注：

   （1）一个Java文件，只要有main入口方法，我们就认为这是一个Java程序，可以单独编译运行。
   （2）无论是普通类型的变量还是引用类型的变量(俗称实例)，都可以作为局部变量，他们都可以出现在栈中。
   （3）只不过普通类型的变量在栈中直接保存它所对应的值，而引用类型的变量保存的是一个指向堆区的指针，通过这个指针，就可以找到这个实例在堆区对应的对象。
   （4）因此，普通类型变量只在栈区占用一块内存，而引用类型变量要在栈区和堆区各占一块内存。

2. 参考代码示例：
   

3. 内存分配解析一：

   （1）JVM自动寻找main方法，执行第一句代码，创建一个Test类的实例，在栈中分配一块内存，存放一个指向堆区对象的指针110925
   （2）创建一个int类型的变量date，由于是基本类型，直接在栈中存放date对应的值9
   （3）创建两个BirthDate类的实例d1、d2，在栈中分别存放了对应的指针，指向各自的对象。它们在实例化时调用了有参数的构造方法，因此对象中有自定义初始值

   

4. 内存分配解析二：

   （1）调用test对象的change1方法，并且以date为参数。JVM读到这段代码时，检测到i是局部变量，因此会把它放在栈中，并且会把date的值赋给i

   

5. 内存分配解析三：

   （1）把1234赋给i。很简单的一步。

   

6. 内存分配解析四：

   （1） change1方法执行完毕，立即释放局部变量i所占用的栈空间。

   

7. 内存分配解析五：

   （1）调用test对象的change2方法，以实例d1为参数。
   （2）JVM检测到change2方法中的b参数为局部变量，立即加入到栈中
   （3）由于是引用类型的变量，所以b中保存的是d1中的指针，此时b和d1指向同一个堆中的对象。
   （4）在b和d1之间传递的是指针。

   

8. 内存分配解析六：

   （1）change2方法中又实例化了一个BirthDate对象，并且赋给b。
   （2）在内部执行过程是：在堆区new了一个对象，并且把该对象的指针保存在栈中的b对应空间，此时实例b不再指向实例d1所指向的对象，但是实例d1所指向的对象并无变化，这样无法对d1造成任何影响。

   

9. 内存分配解析七：

   （1）change2方法执行完毕，立即释放局部引用变量b所占的栈空间；
   （2）注意只是释放了栈空间，堆空间要等待自动回收。

   

10. 内存分配解析八：

    （1）调用test实例的change3方法，以实例d2为参数。
    （2）同理，JVM会在栈中为局部引用变量b分配空间，并且把d2中的指针存放在b中，此时d2和b指向同一个对象。再调用实例b的setDay方法，其实就是调用d2指向的对象的setDay方法。
    （3）调用实例b的setDay方法会影响d2，因为二者指向的是同一个对象。

    

11. 内存分配解析九：

    （1）change3方法执行完毕，立即释放局部引用变量b。

    

堆和栈的小结

1. 以上就是Java程序运行时内存分配的大致情况。
2. 其实也没什么，掌握了思想就很简单了。无非就是两种类型的变量：基本类型和引用类型。
3. 二者作为局部变量，都放在栈中，基本类型直接在栈中保存值，引用类型只保存一个指向堆区的指针，真正的对象在堆里。作为参数时基本类型就直接传值，引用类型传指针。
4. 分清什么是实例什么是对象。Class a= new Class();此时a叫实例，而不能说a是对象。实例在栈中，对象在堆中，操作实例实际上是通过实例的指针间接操作对象。多个实例可以指向同一个对象。
5. 栈中的数据和堆中的数据销毁并不是同步的。方法一旦结束，栈中的局部变量立即销毁，但是堆中对象不一定销毁。因为可能有其他变量也指向了这个对象，直到栈中没有变量指向堆中的对象时，它才销毁，而且还不是马上销毁，要等垃圾回收扫描时才可以被销毁。
6. 以上的栈、堆、代码段、数据段等等都是相对于应用程序而言的。
7. 每一个应用程序都对应唯一的一个JVM实例，每一个JVM实例都有自己的内存区域，互不影响。并且这些内存区域是所有线程共享的。这里提到的栈和堆都是整体上的概念，这些堆栈还可以细分。
8. 类的成员变量在不同对象中各不相同，都有自己的存储空间(成员变量在堆中的对象中)。
9. 而类的方法却是该类的所有对象共享的，只有一套，对象使用方法的时候方法才被压入栈，方法不使用则不占用内存。

实例详解常量池的内存分配

1. 预备知识：

   （1）基本类型和基本类型的包装类。
   （2）基本类型有：byte、short、int、char、long、boolean
   （3）基本类型的包装类：Byte、Short、Integer、Character、Long、Boolean。注意区分大小写。
   （4）二者的区别：基本类型体现在程序中是普通变量，基本类型的包装类是类，体现在程序中是引用变量。（5）因此二者在内存中的存储位置不同：基本类型存储在栈中，而基本类型的包装类存储在堆中。
   （6）上边提到的这些包装类都实现了常量池技术，另外两种浮点类型的包装类则没有实现。
   （7）另外，String类型也实现了常量池技术。

2. 参考代码示例：

   public class test{
      public static void main(String[] args){
          objPoolTest();
      }
      
      public static void objPoolTest(){
          int i = 40;
          int i0 = 40;
          Integer i1 = 40;
          Integer i2 = 40;
          Integer i3 = 0;
          Integer i4 = new Integer(40);
          Integer i5 = new Integer(40);
          Integer i6 = new Integer(0);
          Double d1 = 1.0;
          Double d2 = 1.0;
          
          System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));
          System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));  
          System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));  
          System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));  
          System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));      
          System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));   
            
          System.out.println();
      }
   }

3. 结果：

   i=i0    true  
   i1=i2   true  
   i1=i2+i3        true  
   i4=i5   false  
   i4=i5+i6        true  
   d1=d2   false 

4. 结果分析：

   （1）i和i0均是普通类型(int)的变量，所以数据直接存储在栈中，而栈有一个很重要的特性：栈中的数据可以共享。当我们定义了int i = 40;，再定义int i0 = 40;这时候会自动检查栈中是否有40这个数据，如果有，i0会直接指向i的40，不会再添加一个新的40。
   （2）i1和i2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。由于Integer 包装类实现了常量池技术，因此i1、i2的40均是从常量池中获取的，均指向同一个地址，因此i1=12。
   （3）很明显这是一个加法运算，Java的数学运算都是在栈中进行的，Java会自动对i1、i2进行拆箱操作转化成整型，因此i1在数值上等于i2+i3。
   （4）i4和i5 均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。但是由于他们各自都是new出来的，因此不再从常量池寻找数据，而是从堆中各自new一个对象，然后各自保存指向对象的指针，所以i4和i5不相等，因为他们所存指针不同，所指向对象不同。
   （5）这也是一个加法运算，和3同理。
   （6）d1和d2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Double是包装类。但Double包装类没有实现常量池技术，因此Double d1=1.0;相当于Double d1=new Double(1.0);，是从堆new一个对象，d2同理。因此d1和d2存放的指针不同，指向的对象不同，所以不相等。

常量池小结

1. 以上提到的基本类型包装类都实现了常量池技术，但它们维护的常量仅仅是【-128～127】这个范围内的常量。
2. 如果常量值超过这个范围，就会从堆中创建对象，不再从常量池中获取。
3. String类型也实现了常量池技术，但是稍微有点不同。
4. String类型是先检测常量池中有没有对应字符串，如果有，则取出来；如果没有，则把当前的添加进去。

参考文章

https://blog.csdn.net/scliu12...