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. :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. :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:
    图片描述

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:
    图片描述
  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

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  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

    图片描述

  5. 内存分配解析三:

    (1)把1234赋给i。很简单的一步。

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  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。

    图片描述

  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。

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  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。

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  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。

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  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。

    图片描述

  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。

    图片描述

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...

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