Java資料儲存

物件存在何處，C++認為效率控制是最重要的議題，所以給程式設計師提供了選擇的權利。為了追求最大的執行速度，物件的儲存空間與生命週期可以在編寫程式時確定，可以將物件置於堆疊，限域變數或者靜態儲存區。
第二種方式是在被稱為堆的記憶體池中動態建立物件，在這種方式中，知道執行時才知道需要多少物件。

物件生命週期。對於允許在堆疊中建立物件的語言，編譯器可以確定物件存活的時間，並自動銷燬它。而對於堆上建立的物件，編譯器則對它的生命週期一無所知。

Java物件儲存位置

• 暫存器。最快的儲存區，不受控制
• 堆疊。位於通用RAM中，通過堆疊指標可以從處理器哪裡直接獲得支援。堆疊支援向下移動，則分配新的記憶體；向上移動，則釋放那些記憶體。這是一種快速有效的分配儲存方式，僅次於暫存器。建立程式時Java必須知道堆疊內所有項的生命週期，物件引用存於其中，Java物件並不儲存其中。
• 堆。一種通用的記憶體池，也位於RAM，用於存放所有的Java物件。相比棧，編譯器不需要知道堆中資料的存活時間，具有很大的靈活性。但這種靈活性也有很大代價，用堆進行儲存分配和清理比棧需要更長的時間。
• 常量儲存。常量值通常直接存放在程式程式碼內部，因為常量永遠不會改變。
• 非RAM儲存。如果資料完全存活於程式之外，那麼它可以不受程式的任何控制，在程式沒有執行時也可以存在。兩個基本粒子是流物件和持久化物件。
• 特例：基本型別。對於一些基本型別，Java採用和C++相同方法，不用new建立變數，而是建立一個並非是引用的“自動”變數。這個變數直接儲存“值”，並置於堆疊中，因此更加高效。
• 特例：Java中的陣列。當建立一個數組物件，實際建立了一個引用陣列，並且每個引用都會自動被初始化為一個特定值null。當然，還可以建立存放基本資料型別的陣列，編譯器也能確保這種陣列的初始化。

finalize方法

Java垃圾回收器只知道如何釋放那些由new分配的記憶體，對於非使用new建立的特殊記憶體區域（比如Java本地方法，呼叫C/C++），垃圾回收器不能有效的進行釋放。
在這種情況下，Java提供了finalize方法。
這裡與C++的解構函式進行對比。在C++中，解構函式使得物件一定會被銷燬，而Java中呼叫finalize並非總能被垃圾回收。

• 物件可能不被垃圾回收
• 垃圾回收並不等於析構
• 垃圾回收只與記憶體有關

使用垃圾回收器的唯一原因就是為了回收程式不再使用的內容，所以對於垃圾回收有關的任何行為（尤其finalize方法），它們也必須與記憶體及其回收有關。
無論物件如何建立，垃圾回收期都會負責釋放物件佔據的所有記憶體。所以一般情況下都不需要通過finalize方法釋放。除非某些特殊情況，例如本地方法呼叫C/C++，malloc的記憶體需要在finalize方法中呼叫free釋放。
所以，不要過多的使用finalize方法。

finalize方法可以用來驗證物件終結條件。
比如對於一批書籍，new Book生成的物件釋放的條件是這本書需要錄入系統，但如果存在某些書籍在沒有錄入系統的情況下被回收了可以使用finalize方法查出異常。

protected void finalize() {
    if(checkedOut)
        System.out.println("Error: check out");
}

初始化

靜態資料的初始化
靜態資料初始化只有在必要時刻才會進行，此後，靜態物件不會再次被初始化。
初始化的順序是先靜態物件，而後是非靜態物件。比如建立了一個Dog的類：

• 即使沒有顯式使用static，構造器實際也是靜態方法。因此首次建立Dog物件時，或者Dog類的靜態方法/域被訪問時，Java直譯器必須查詢類路徑，定位Dog.class檔案
• 載入Dog.class，有關靜態初始化的所有動作都會執行，並且靜態初始化僅執行一次
• 當用new Dog()建立物件時，在堆上為Dog物件分配足夠的儲存空間
• 這塊儲存空間清零（基本型別賦預設值，引用賦null）
• 執行所有出現於欄位定義處的初始化動作
• 執行構造器

陣列初始化
所有陣列都有一個固定成員，通過它可以獲得陣列內包含了多少個元素，但不能進行修改。length

垃圾回收機制

一般程式語言在堆上分配物件的代價十分高昂，然後對於Java，垃圾回收器對於提高物件的建立速度具有明顯效果。Java從堆分配空間的速度，可以和其他語言從棧中分配空間的速度相媲美。

打個比方，C++的堆可以想象一個院子，裡面每個物件都負責管理自己的地盤，一段時間後，物件可能被銷燬，但地盤必須加以重用；而對於Java，堆更像一個傳送帶，每分配一個新物件，它就往前移動一格，這意味著物件儲存空間分配速度非常快，效率可以比得上C++棧上分配空間。

Java的堆並不完全像傳送帶那樣工作，不然會導致頻繁的記憶體頁面排程，嚴重影響效能。其中的祕密在於垃圾回收器的介入，當它工作時，將一面回收空間，一面使堆中的物件緊湊，這樣堆指標很容易移動到更靠近傳送帶的開始處。

現在理解其他語言的垃圾回收機制，引用計數器是一種簡單但速度很慢的方法。每個物件都有一個引用計數器，當有引用連線物件時，引用計數器+1，當引用離開作用域或置null時，-1。雖然引用計數開銷不大，但這項開銷在整個程式生命週期持續發生，垃圾回收器在含有全部物件的列表遍歷，某個物件引用為0是釋放空間。這種方法有個缺陷，如果物件之間存在迴圈引用，可能出現“物件應該被回收，但引用計數不為0”。所以引用計數這種方式常常用來說明垃圾回收機制，並未被真正使用。

在一些更快的模式中，垃圾回收器並非基於引用計數技術，它們依據的思想是：對任何“活”的物件，一定能最終追溯到其存活在堆疊或靜態儲存區之中的引用。這個引用鏈可能穿過數個物件層次。因此，從堆疊和靜態儲存區開始，遍歷所有的引用，就能找到“活”的物件。

在這種方式下，Java虛擬機器採用了一種自適應的垃圾回收技術。至於如何處理存活的物件，取決於不同的Java虛擬機器實現。有一種做法“停止-複製（stop-and-copy）”先暫停程式的執行，然後將所有存活的物件從當前堆複製到另一個堆，沒有被複制的全是垃圾。

對於這種複製式回收器而言，效率很低。

• 兩個堆倒騰，需要雙倍空間。某些虛擬機器解決方法是，按需從堆中分配幾塊較大的記憶體，複製動作發生在這些大塊記憶體之間。
• 複製本身。程式穩定後可能只產生了少量垃圾，甚至沒有垃圾。複製必然會造成浪費。解決方法是如果沒有新垃圾產生，會切換到另一種模式（自適應）“標記-清掃（mark-and-sweep）”

“標記-清掃”思路同樣是從堆疊和靜態儲存區觸發，遍歷所有引用，找到存活物件進行標記。標記完成後對沒有標記的物件進行清理。這樣剩下的堆空間可能不連續，垃圾回收器希望得到連續空間的話需要重新整理剩下的物件。

“停止-複製”，“標記-清掃”都必須在程式暫停的情況下進行。

Java虛擬機器中，記憶體分配以較大的“塊”為單位，如果物件較大，會佔用單獨的“塊”。“停止-複製”要求釋放物件前把所有存活物件從舊堆複製到新堆，這會造成大量記憶體複製行為。有了塊以後，垃圾回收器在回收時可以往廢棄的塊拷貝物件。每個塊都有相應的代數來記錄是否存活，某個塊被引用，代數增加。垃圾回收器對上次回收動作之後新分配塊進行整理，大型物件不會被複制，小型物件的那些塊則被複制並整理。如果所有物件都很穩定，垃圾回收器的效率低的話，就切換到“標記-清掃”，如果堆中出現很多碎片，則切換回“停止-複製”方式，這就是“自適應”技術。

Java虛擬機器有很多附加技術用以提升速度，尤其與載入器操作相關的，被稱為“即時”（Just-In-Time，JIT）編譯器的技術。這種技術把程式全部或部分翻譯成本地機器碼，程式執行速度得以提升。當需要裝載某個類，編譯器首先找到其class檔案，然後將該類的位元組碼載入記憶體。此時，有兩種方法選擇

• 即時編譯器編譯所有程式碼。缺陷很明顯：載入動作散落在整個程式生命週期，累計起來耗時更大；增加可執行程式碼的長度，導致頁面排程，降低程式速度
• 惰性評估，即時編譯器只需要在必要的時候編譯程式碼，這樣不執行的程式碼不會被JIT編譯。

新版Jdk中的Java Hotspot技術採用類似方法，程式碼每次執行多會做一些優化，執行次數越多，速度就越快。