java中的棧、堆以及兩者的區別

Java中的棧、堆、堆棧的區別

Java內存分爲棧內存和堆內存,都是java用來在Ram中存放數據的地方。與C++不同,java自動管理棧和堆,程序員不能直接的設置棧和堆。

 

1. 

Java中的數據類型有兩種,前面我已經講過。基本數據類型的定義是通過如:

 

諸如這種形式的定義,稱爲自動變量。值得注意的是,自動變量存儲的是字面的值,不是類的實例(即不是類的引用),這裏並沒有類的存在。這些字面值的數據,由於大小可知,生存期可知(這些子面子固定定義在某些程序塊裏面,程序塊退出後,字面值就會消失了),出於速度的原因,就存在與棧中。

 

另外,棧有一個很重要的特殊性:存在棧中的數據可以共享。比如下面我們定義:

 

程序處理過程:

1. 編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中創建一個變量爲a的引用,然後查找有沒有字面值爲3的地址。

2. 如果沒有找到,就開闢一個存儲3這個字面值的地址,然後將a指向3的地址。

3. 接着處理int b = 3; 在創建完b的引用變量後,由於棧中已經有3這個字面值,便將b直接指向3的地址。這樣就出現了ab同時都指向3的情況。

棧內存圖解如下:

 

特別注意:

這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象,如果一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態,那麼另一個對象引用變量也立刻反映出這個變化。

相反,通過字面值的引用來修改其值,不會導致另一個指向此字面值的引用的值也跟着改變的情況。比如,對於上面的那兩句代碼,我們做以下的修改:

 

我們在後面加了一句a++,此時a的值是4。雖然剛開始ab同時指向面值3所在的內存,但是b的值並沒有變化,仍然是3。這是因爲:當a++時,此時a的值是4,那麼它就會在棧中重新搜索是否有4的字面值,如果沒有,重新開闢地址存放4的值;如果已經有了,則直接將a指向這個地址。因此,a值的改變不會影響到b的值。

 

2. 

包裝類數據

另一種是包裝類數據:如IntegerStringDouble等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類全部存在於堆中。Javanew()語句來顯示地告訴編譯器,在運行時才根據需要動態創建,因此比較靈活,但是缺點是要佔用更多的時間。

 

String

String 是一個特殊的包裝類數據,既可以使用 String str = new String(“abc”);也可以使用 String str = “abc”;的形式來創建。前者是規範的類的創建過程,即在java中,一切都是對象,而對象是類的實例,全部通過new()的形式創建。所以,String str = abc”;並沒有違反上述的原則,只是系統內部已經幫我們完成了上述步驟。

 

關於String str = “abc”; 的內部工作,java內部將此語句轉化爲以下幾個步驟:

(1) 先定義String類的一個名爲str對象引用變量String str;

(2) 在棧中查找有沒有存放值爲"abc"的地址,如果沒有,則開闢一個存放字面值爲"abc"的地址,接着創建一個新的String類的對象o,並將o的字符串值指向這個地址,而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。如果已經有了值爲"abc"的地址,則查找對象o,並返回o的地址。 

(3) str指向對象o的地址。

 

值得注意的是,一般String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc";這種場合下,其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數據的引用!

 

爲了更好地說明這個問題,我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。

 

注意,我們這裏並不用str1.equals(str2);的方式,因爲這將比較兩個字符串的值是否相等。==號,根據JDK的說明,只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。而我們在這裏要看的是,str1str2是否都指向了同一個對象。 
結果說明,JVM創建了兩個引用str1str2,但只創建了一個對象,而且兩個引用都指向了這個對象。

 

我們來更進一步,將以上代碼寫成:

 

這就是說,賦值的變化導致了類對象引用的變化,str1指向了另外一個新對象!而str2仍舊指向原來的對象。上例中,當我們將str1的值改爲"bcd"時,JVM發現在棧中沒有存放該值的地址,便開闢了這個地址,並創建了一個新的對象,其字符串的值指向這個地址。 

事實上,String類被設計成爲不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值,可以,但JVM在運行時根據新值悄悄創建了一個新對象,然後將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創建過程雖說是完全自動進行的,但它畢竟佔用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中,會帶有一定的不良影響。 

 

然後可以再做下面的修改:

 

str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意,str3並沒有創建新對象)。當str1改完其值後,再創建一個String的引用 str4,並指向因str1修改值而創建的新的對象。可以發現,這回str4也沒有創建新的對象,從而再次實現棧中數據的共享。

 

我們再看一下下面的代碼:

 

或者

 

創建了兩個引用。創建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。 

以上兩段代碼說明,只要是用new()來新建對象的,都會在堆中創建,而且其字符串是單獨存值的,即使與棧中的數據相同,也不會與棧中的數據共享。 

 

 數據類型包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改,所有的數據類型包裝類都不能更改其內部的值。

 

結論與建議:

(1) 我們在使用諸如String str = "abc";的格式定義類時,總是想當然地認爲,我們創建了String類的對象str。擔心陷阱!對象可能並沒有被創建!唯一可以肯定的是,指向 String類的引用被創建了。至於這個引用到底是否指向了一個新的對象,必須根據上下文來考慮,除非你通過new()方法來顯要地創建一個新的對象。因此,更爲準確的說法是,我們創建了一個指向String類的對象的引用變量str,這個對象引用變量指向了某個值爲"abc"String類。清醒地認 識到這一點對排除程序中難以發現的bug是很有幫助的。

(2)使用String str = "abc";的方式,可以在一定程度上提高程序的運行速度,因爲JVM會自動根據棧中數據的實際情況來決定是否有必要創建新對象。而對於String str = new String("abc");的代碼,則一概在堆中創建新對象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要創建新對象,從而加重了程序的負擔。這個思想應該是 享元模式的思想,但JDK的內部在這裏實現是否應用了這個模式,不得而知。 

(3)當比較包裝類裏面的數值是否相等時,用equals()方法;當測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時,用== 

(4)由於String類的immutable性質,當String變量需要經常變換其值時,應該考慮使用StringBuffer類,以提高程序效率。

 

 

3. 堆與棧的區別

棧(stack:是一個先進後出的數據結構,先分配的內存必定先釋放,通常用於保存方法(函數)中的參數,局部變量。在java中,所有基本類型和引用類型都是在棧中存儲的。棧中數據的生存空間一般在當前的scopes(就是由{...}括起來的區域)

一般是由系統自動分配,存放函數的參數值,局部變量,自動清除。

堆(heap1. 是一個可動態申請的內存空間(其記錄空閒內存空間的鏈表由操作系統維護),所謂的動態內存,是其中的內存在不需要時就可以回收,以分配給新的內存請求,其內存中的數據是無序的,即先分配的和後分配的內存並沒有什麼必然的位置關係,釋放時也可以先後順序。

2. Java中,使用new XXX()構造出來的對象都在堆中存儲,當垃圾回收器檢測到某對象未被引用,則自動銷燬該對象。所以,理論上說java中對象的生存空間是沒有限制,只要有引用類型指向它,則它可以在任意地方被使用。

 

 

 

 

 

發佈了71 篇原創文章 · 獲贊 76 · 訪問量 21萬+
發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章