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Java中的堆和棧以及堆棧的區別

數量 nbsp 事先 log 一行 types 得到 基本類型 mmu

  在正式內容開始之前要說明一點,我們經常所說的堆棧堆棧是堆和棧統稱,堆是堆,棧是棧,合在一起統稱堆棧;

  1.棧(stack)與堆(heap)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,程序員不能直接地設置棧或堆。

  2. 棧的優勢是,存取速度比堆要快,僅次於直接位於CPU中的寄存器。但缺點是,存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。另外,棧數據可以共 享,詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配內存大小,生存期也不必事先告訴編譯器,Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。但缺點是,由於要 在運行時動態分配內存,存取速度較慢。

  3. Java中的數據類型有兩種。



  一種是基本類型(primitive types), 共有8種,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(註意,並沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來定義的,稱為自動變量。值得註意的是,自動變量存的是字面值,不是類的實例,即不是類的引用,這裏並沒有類的存在。如int a = 3; 這裏的a是一個指向int類型的引用,指向3這個字面值。這些字面值的數據,由於大小可知,生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊裏面,程序塊退出 後,字段值就消失了),出於追求速度的原因,就存在於棧中。


  另外,棧有一個很重要的特殊性,就是存在棧中的數據可以共享。假設我們同時定義:

1 int a = 3;
2 int b = 3;

  

  編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中創建一個變量為a的引用,然後查找有沒有字面值為3的地址,沒找到,就開辟一個存放3這個字面值的地址,然後將a指向3的地址。接著處 理int b = 3;在創建完b的引用變量後,由於在棧中已經有3這個字面值,便將b直接指向3的地址。這樣,就出現了a與b同時均指向3的情況。

  特別註意的是,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,那麽另 一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。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著改變的情況。如上例,我們定義完 a與b的值後,再令a=4;那麽,b不會等於4,還是等於3。在編譯器內部,遇到a=4;時,它就會重新搜索棧中是否有4的字面值,如果沒有,重新開辟地 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。



  另一種是包裝類數據,如Integer, String, Double 等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類數據全部存在於堆中,Java用new()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,但缺點是要占用更多的時間。 4. String是一個特殊的包裝類數據。即可以用String str = new String("abc");的形式來創建,也可以用String str = "abc";的形式來創建(作為對比,在JDK 5.0之前,你從未見過Integer i = 3;的表達式,因為類與字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,這種表達式是可以的!因為編譯器在後臺進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。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()的形式來創建。Java 中的有些類,如DateFormat類,可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創建的類,似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單 例模式來返回類的實例,只不過這個實例是在該類內部通過new()來創建的,而getInstance()向外部隱藏了此細節。那為什麽在String str = "abc";中,並沒有通過new()來創建實例,是不是違反了上述原則?其實沒有。

  5. 關於String str = "abc"的內部工作。Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟:

  (1)先定義一個名為str的對String類的對象引用變量:String str;

  (2)在棧中查找有沒有存放值為"abc"的地址,如果沒有,則開辟一個存放字面值為"abc"的地址,接著創建一個新的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。如果已經有了值為"abc"的地址,則查找對象o,並返回o的地址。

  (3)將str指向對象o的地址。

  值得註意的是,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!

  為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。

1 String str1 = "abc"; 
2 String str2 = "abc"; 
3 System.out.println(str1==str2); //true 


  註意,我們這裏並不用str1.equals(str2);的方式,因為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,str1與str2是否都指向了同一個對象。
結果說明,JVM創建了兩個引用str1和str2,但只創建了一個對象,而且兩個引用都指向了這個對象。

  我們再來更進一步,將以上代碼改成:

1 String str1 = "abc"; 
2 String str2 = "abc"; 
3 str1 = "bcd"; 
4 System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc 
5 System.out.println(str1==str2); //false 


  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的值改為"bcd"時,JVM發現在棧中沒有存放該值的地址,便開辟了這個地址,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類被設計成為不可改變(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,但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中,會帶有一定的不良 影響。

  再修改原來代碼:

 1 String str1 = "abc"; 
 2 String str2 = "abc"; 
 3 
 4 str1 = "bcd"; 
 5 
 6 String str3 = str1; 
 7 System.out.println(str3); //bcd 
 8 
 9 String str4 = "bcd"; 
10 System.out.println(str1 == str4); //true 



  str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(註意,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。

  我們再接著看以下的代碼。

1 String str1 = new String("abc"); 
2 String str2 = "abc"; 
3 System.out.println(str1==str2); //false 


  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。

1 String str1 = "abc"; 
2 String str2 = new String("abc"); 
3 System.out.println(str1==str2); //false 


  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。

  6. 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。

7. 結論與建議:

  (1)我們在使用諸如String str = "abc";的格式定義類時,總是想當然地認為,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,更為準確的說法是,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為"abc"的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,因為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。

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棧(stack):是一個先進後出的數據結構,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在棧中存儲.棧中數據的生存空間一般在當前scopes內(就是由{...}括起來的區域).

堆(heap):是一個可動態申請的內存空間(其記錄空閑內存空間的鏈表由操作系統維護),C中的malloc語句所產生的內存空間就在堆中.
在java中,所有使用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,則自動銷毀該對象.所以,理論上說java中對象的生存空間是沒有限制的,只要有引用類型指向它,則它就可以在任意地方被使用.

在JAVA中,有六個不同的地方可以存儲數據:
1. 寄存器(register)。這是最快的存儲區,因為它位於不同於其他存儲區的地方——處理器內部。但是寄存器的數量極其有限,所以寄存器由編譯器根據需求進行分配。你不能直接控制,也不能在程序中感覺到寄存器存在的任何跡象。
2. 棧(stack)。位於通用RAM中,但通過它的“棧指針”可以從處理器哪裏獲得支持。棧指針若向下移動,則分配新的內存;若向上移動,則釋放那些 內存。這是一種快速有效的分配存儲方法,僅次於寄存器。創建程序時候,JAVA編譯器必須知道存儲在棧內所有數據的確切大小和生命周期,因為它必須生成 相應的代碼,以便上下移動棧指針。這一約束限制了程序的靈活性,所以雖然某些JAVA數據存儲在棧中——特別是對象引用,但是JAVA對象不存儲其 中。
3. 堆(heap)。一種通用性的內存池(也存在於RAM中),用於存放所以的JAVA對象。堆不同於棧的好處是:編譯器不需要知道要從堆裏分配多少存儲區 域,也不必知道存儲的數據在堆裏存活多長時間。因此,在堆裏分配存儲有很大的靈活性。當你需要創建一個對象的時候,只需要new寫一行簡單的代碼,當執行 這行代碼時,會自動在堆裏進行存儲分配。當然,為這種靈活性必須要付出相應的代碼。用堆進行存儲分配比用堆棧進行存儲存儲需要更多的時間。
4. 靜態存儲(static storage)。這裏的“靜態”是指“在固定的位置”。靜態存儲裏存放程序運行時一直存在的數據。你可用關鍵字static來標識一個對象的特定元素是靜態的,但JAVA對象本身從來不會存放在靜態存儲空間裏。
5. 常量存儲(constant storage)。常量值通常直接存放在程序代碼內部,這樣做是安全的,因為它們永遠不會被改變。有時,在嵌入式系統中,常量本身會和其他部分分割離開,所以在這種情況下,可以選擇將其放在ROM中
6. 非RAM存儲。如果數據完全存活於程序之外,那麽它可以不受程序的任何控制,在程序沒有運行時也可以存在。
就速度來說,有如下關系:
寄存器 < 棧 < 堆 < 其他

『上面這段話摘取之《Thinking in Java》』

在這裏,主要要說下堆與棧的關系:

堆:堆是heap,是所謂的動態內存,其中的內存在不需要時可以回收,以分配給新的內存請求,其內存中的數據是無序的,即先分配的和隨後分配的內存並沒有什麽必然的位置關系,釋放時也可以沒有先後順序。一般由使用者自由分配,malloc分配的就是堆,需要手動釋放。

棧:就是STACK。實際上是只有一個出入口的隊列,即後進先出(First In Last Out),先分配的內存必定後釋放。一般由,由系統自動分配,存放存放函數的參數值,局部變量等,自動清除。

還有,堆是全局的,棧是每個函數進入的時候分一小塊,函數返回的時候就釋放了,靜態和全局變量,new 得到的變量,都放在堆中,局部變量放在堆棧中,所以函數返回,局部變量就全沒了。

其實在實際應用中,棧多用來存儲方法的調用。而堆則用於對象的存儲。

JAVA中的基本類型,其實需要特殊對待。因為,在JAVA中,通過new創建的對象存儲在“堆”中,所以用new 創建一個小的、簡單的變量,如基本類型等,往往不是很有效。因此,在JAVA中,對於這些類型,采用了與C、C++相同的方法。也就是說,不用new 來創建,而是創建一個並非是“引用”的“自動”變量。這個變量擁有它的“值”,並置於棧中,因此更高效。

<<<<以上內容均摘取自liuyueyue的博客,本處引用時略作的細微的修改,作為自己學習Java基礎底層之用。

Java中的堆和棧以及堆棧的區別