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(轉)JAVA中的堆疊

                                            java中的堆疊

1. 棧(stack)與堆(heap)都是

Java用來在Ram中存放資料的地方。與C++不同,Java自動管理棧和堆,程式設計師不能直接地設定棧或堆。

2. 棧的優勢是,存取速度比堆要快,僅次於直接位於CPU中的暫存器。但缺點是,存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。另外,棧資料可以共享,詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小,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資料。但缺點是,由於要在執行時動態分配記憶體,存取速度較慢。

3.Java中的資料型別有兩種。

一種是基本型別(primitivetypes), 共有8種,即int,short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,並沒有string的基本型別)。這種型別的定義是通過諸如int a= 3; long b = 255L;的形式來定義的,稱為

自動變數。值得注意的是,自動變數存的是字面值,不是類的例項,即不是類的引用,這裡並沒有類的存在。如int a= 3; 這裡的a是一個指向int型別的引用,指向3這個字面值。這些字面值的資料,由於大小可知,生存期可知(這些字面值固定定義在某個程式塊裡面,程式塊退出後,欄位值就消失了),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,就是存在棧中的資料可以共享。假設我們同時定義:

1 2 inta= 3 ;
intb= 3 ;

編譯器先處理int a= 3;首先它會在棧中建立一個變數為a的記憶體空間,然後查詢有沒有字面值為3的地址,沒找到,就開闢一個存放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;在建立完b的引用變數後,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。(這個可以用'=='驗證

特別注意的是,這種字面值的引用與類物件的引用不同。假定兩個類物件的引用同時指向一個物件,如果一個物件引用變數修改了這個物件的內部狀態,那麼另一個物件引用變數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;那麼,b不會等於4,還是等於3。在編譯器內部,遇到a=4;時,它就會重新搜尋棧中是否有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。

另一種是包裝類資料,【如Integer,String, Double等將相應的基本資料型別包裝起來的類。這些類資料全部存在於【堆】中】,Java用new()語句來顯示地告訴編譯器,在執行時才根據需要動態建立,因此比較靈活,但缺點是要佔用更多的時間。 4.String是一個特殊的包裝類資料。即可以用String str = new String("abc");的形式來建立,也可以用Stringstr = "abc";的形式來建立(作為對比,在JDK 5.0之前,你從未見過Integer i = 3;的表示式,因為類與字面值是不能通用的,除了String。而在JDK5.0中,這種表示式是可以的!因為編譯器在後臺進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。前者是規範的類的建立過程,即在Java中,一切都是物件,而物件是類的例項,全部通過new()的形式來建立。Java中的有些類,如DateFormat類,可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新建立的類,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例項,只不過這個例項是在該類內部通過new()來建立的,而getInstance()向外部隱藏了此細節。那為什麼在String str = "abc";中,並沒有通過new()來建立例項,是不是違反了上述原則?其實沒有。

4. 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:【String str = "abc",String str不要連著】

(1)先定義一個名為str的對String類的物件引用變數:String str;

(2)【在【棧】中查詢有沒有存放值為"abc"的地址,如果沒有,則開闢一個存放字面值為"abc"的地址,接著建立一個新的String類的物件o,並將o的字串值指向這個地址,而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的物件o。如果已經有了值為"abc"的地址,則查詢物件o,並返回o的地址。】【上文說資料時存放在堆中,此文說資料存放在棧中

(3)將str指向物件o的地址。

值得注意的是,一般String類中字串值都是直接存值的。但像String str = "abc";這種場合下,其字串值卻是儲存了一個指向存在棧中資料的引用!

為了更好地說明這個問題,我們可以通過以下的幾個程式碼進行驗證。

1 2 3 Stringstr1= "abc" ; Stringstr2= "abc" ; System.out.println(str1==str2); //true

注意,我們這裡並不用str1.equals(str2);的方式,因為這將比較兩個字串的值是否相等。==號,根據JDK的說明,只有在兩個引用都指向了同一個物件時才返回真值。而我們在這裡要看的是,str1與str2是否都指向了同一個物件。
  結果說明,JVM建立了兩個引用str1和str2,但只建立了一個物件,而且兩個引用都指向了這個物件。

我們再來更進一步,將以上程式碼改成:
 


1 2 3 4 5 Stringstr1= "abc" ; Stringstr2= "abc" ; str1= "bcd" ; System.out.println(str1+ "," +str2); //bcd,abc System.out.println(str1==str2); //false

這就是說,賦值的變化導致了類物件引用的變化,str1指向了另外一個新物件!而str2仍舊指向原來的物件。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,便開闢了這個地址,並建立了一個新的物件,其字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在執行時根據新值悄悄建立了一個新物件,然後將這個物件的地址返回給原來類的引用。這個建立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。

再修改原來程式碼:
 

?

1 2 3 4 5 6 7 Stringstr1= "abc" ; Stringstr2= "abc" ; str1= "bcd" ; Stringstr3=str1; System.out.println(str3); //bcd Stringstr4= "bcd" ; System.out.println(str1==str4); //true

我們再接著看以下的程式碼。
  複製內容到剪貼簿程式碼:
  String str1 = new String("abc");
  String str2 = "abc";
  System.out.println(str1==str2); //false

String str1 = "abc";
  String str2 = new String("abc");
  System.out.println(str1==str2); //false
  建立了兩個引用。建立了兩個物件。兩個引用分別指向不同的兩個物件。

以上兩段程式碼說明,只要是用new()來新建物件的,都會在堆中建立,而且其字串是單獨存值的,即使與棧中的資料相同,也不會與棧中的資料共享。

5. 資料型別包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改,所有的資料型別包裝類都不能更改其內部的值。

6. 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,我們建立了String類的物件str。擔心陷阱!物件可能並沒有被建立!唯一可以肯定的是,指向String類的引用被建立了。至於這個引用到底是否指向了一個新的物件,必須根據上下文來考慮,除非你通過new()方法來顯要地建立一個新的物件。因此,更為準確的說法是,我們建立了一個指向String類的物件的引用變數str,這個物件引用變數指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認識到這一點對排除程式中難以發現的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式的執行速度,因為JVM會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新物件。而對於Stringstr = new String("abc");的程式碼,則一概在堆中建立新物件,而不管其字串值是否相等,是否有必要建立新物件,從而加重了程式的負擔。這個思想應該是享元模式的思想,但JDK的內部在這裡實現是否應用了這個模式,不得而知。

(3)當比較包裝類裡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物件時,用==。

(4)由於String類的immutable性質,當String變數需要經常變換其值時,應該考慮使用StringBuffer類,以提高程式效率