JAVA之堆内存和栈内存的差别

Posted 2020-10-31 llguanli

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笔者近期在准备面试的时候又一次看了一些JAVA基础的知识，以下我们一起来看一下JAVA中堆栈内存的差别：

Java把内存分成两种。一种叫做栈内存。一种叫做堆内存

在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。当在一段代码块中定义一个变量时，java就在栈中为这个变量分配内存空间。当超过变量的作用域后，java会自己主动释放掉为该变量分配的内存空间，该内存空间能够立马被另作他用。
堆内存用于存放由new创建的对象和数组。在堆中分配的内存，由java虚拟机自己主动垃圾回收器来管理。在堆中产生了一个数组或者对象后，还能够在栈中定义一个特殊的变量，这个变量的取值等于数组或者对象在堆内存中的首地址。在栈中的这个特殊的变量就变成了数组或者对象的引用变量，以后就能够在程序中使用栈内存中的引用变量来訪问堆中的数组或者对象，引用变量相当于为数组或者对象起的一个别名。或者代号。
引用变量是普通变量。定义时在栈中分配内存。引用变量在程序执行到作用域外释放。

而数组＆对象本身在堆中分配，即使程序执行到使用new产生数组和对象的语句所在地代码块之外，数组和对象本身占用的堆内存也不会被释放。数组和对象在没有引用变量指向它的时候。才变成垃圾，不能再被使用。可是仍然占着内存，在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器释放掉。这个也是java比較占内存的主要原因，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!

java中内存分配策略及堆和栈的比較

　　1 内存分配策略

　　依照编译原理的观点,程序执行时的内存分配有三种策略,各自是静态的,栈式的,和堆式的.

　　静态存储分配是指在编译时就能确定每个数据目标在执行时刻的存储空间需求,因而在编译时就能够给他们分配固定的内存空间.这样的分配策略要求程序代码中不同意有可变数据结构(比方可变数组)的存在,也不同意有嵌套或者递归的结构出现,由于它们都会导致编译程序无法计算准确的存储空间需求.

　　栈式存储分配也可称为动态存储分配,是由一个相似于堆栈的执行栈来实现的.和静态存储分配相反,在栈式存储方案中,程序对数据区的需求在编译时是全然未知的,仅仅有到执行的时候才干够知道,可是规定在执行中进入一个程序模块时,必须知道该程序模块所需的数据区大小才干够为其分配内存.和我们在数据结构所熟知的栈一样,栈式存储分配依照先进后出的原则进行分配。

　　静态存储分配要求在编译时能知道全部变量的存储要求,栈式存储分配要求在过程的入口处必须知道全部的存储要求,而堆式存储分配则专门负责在编译时或执行时模块入口处都无法确定存储要求的数据结构的内存分配,比方可变长度串和对象实例.堆由大片的可利用块或空暇块组成,堆中的内存能够依照随意顺序分配和释放.

　　2 堆和栈的比較

　　上面的定义从编译原理的教材中总结而来,除静态存储分配之外,都显得非常呆板和难以理解,以下撇开静态存储分配,集中比較堆和栈:

　　从堆和栈的功能和作用来通俗的比較,堆主要用来存放对象的，栈主要是用来执行程序的.而这样的不同又主要是由于堆和栈的特点决定的:

　　在编程中。比如C/C++中。全部的方法调用都是通过栈来进行的,全部的局部变量,形式參数都是从栈中分配内存空间的。实际上也不是什么分配,仅仅是从栈顶向上用即可,就好像工厂中的传送带(conveyor belt)一样,Stack Pointer会自己主动指引你到放东西的位置,你所要做的仅仅是把东西放下来即可.退出函数的时候。改动栈指针就能够把栈中的内容销毁.这样的模式速度最快, 当然要用来执行程序了.须要注意的是,在分配的时候,比方为一个即将要调用的程序模块分配数据区时,应事先知道这个数据区的大小,也就说是尽管分配是在程序执行时进行的,可是分配的大小多少是确定的,不变的,而这个”大小多少”是在编译时确定的,不是在执行时.

　　堆是应用程序在执行的时候请求操作系统分配给自己内存，由于从操作系统管理的内存分配,所以在分配和销毁时都要占用时间，因此用堆的效率非常低.可是堆的长处在于,编译器不必知道要从堆里分配多少存储空间，也不必知道存储的数据要在堆里停留多长的时间,因此,用堆保存数据时会得到更大的灵活性。

其实,面向对象的多态性,堆内存分配是不可缺少的,由于多态变量所需的存储空间仅仅有在执行时创建了对象之后才干确定.在C++中，要求创建一个对象时，仅仅需用 new命令编制相关的代码即可。

执行这些代码时，会在堆里自己主动进行数据的保存.当然，为达到这样的灵活性，必定会付出一定的代价:在堆里分配存储空间时会花掉更长的时间!这也正是导致我们刚才所说的效率低的原因,看来列宁同志说的好,人的长处往往也是人的缺点,人的缺点往往也是人的长处(晕~).

　　3 JVM中的堆和栈

　　JVM是基于堆栈的虚拟机.JVM为每个新创建的线程都分配一个堆栈.也就是说,对于一个Java程序来说。它的执行就是通过对堆栈的操作来完毕的。

堆栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对堆栈仅仅进行两种操作:以帧为单位的压栈和出栈操作。

　　我们知道,某个线程正在执行的方法称为此线程的当前方法.我们可能不知道,当前方法使用的帧称为当前帧。当线程激活一个Java方法,JVM就会在线程的 Java堆栈里新压入一个帧。这个帧自然成为了当前帧.在此方法执行期间,这个帧将用来保存參数,局部变量,中间计算过程和其它数据.这个帧在这里和编译原理中的活动纪录的概念是几乎相同的.

　　从Java的这样的分配机制来看,堆栈又能够这样理解:堆栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程(在支持多线程的操作系统中是线程)为这个线程建立的存储区域。该区域具有先进后出的特性。

　　每个Java应用都唯一相应一个JVM实例，每个实例唯一相应一个堆。应用程序在执行中所创建的全部类实例或数组都放在这个堆中,并由应用全部的线程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆内存是自己主动初始化的。Java中全部对象的存储空间都是在堆中分配的，可是这个对象的引用却是在堆栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在堆栈中分配的内存仅仅是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。

　　Java 中的堆和栈

　　Java把内存划分成两种：一种是栈内存，一种是堆内存。

　　在函数中定义的一些基本类型的变量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，当超过变量的作用域后，Java会自己主动释放掉为该变量所分配的内存空间。该内存空间能够马上被另作他用。

　　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虚拟机的自己主动垃圾回收器来管理。

　　在堆中产生了一个数组或对象后。还能够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。以后就能够在程序中使用栈中的引用变量来訪问堆中的数组或对象。

　　详细的说：

　　栈与堆都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同，Java自己主动管理栈和堆。程序猿不能直接地设置栈或堆。

　　Java的堆是一个执行时数据区,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。它们不须要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是能够动态地分配内存大小。生存期也不必事先告诉编译器，由于它是在执行时动态分配内存的。Java的垃圾收集器会自己主动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在执行时动态分配内存，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，栈数据能够共享。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(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。

　　栈有一个非常重要的特殊性，就是存在栈中的数据能够共享。假设我们同一时候定义：

　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，假设没找到，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，由于在栈中已经有3这个值。便将b直接指向3。这样，就出现了a与b同一时候均指向3的情况。这时，假设再令a=4;那么编译器会又一次搜索栈中是否有4值，假设没有，则将4存放进来，并令a指向4;假设已经有了，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。要注意这样的数据的共享与两个对象的引用同一时候指向一个对象的这样的共享是不同的，由于这样的情况a的改动并不会影响到b, 它是由编译器完毕的，它有利于节省空间。而一个对象引用变量改动了这个对象的内部状态，会影响到还有一个对象引用变量