## 基礎資料型別交換 這個話題，需要從最最基礎的一道題目說起，看題目：以下程式碼a和b的值會交換麼： ```java public static void main(String[] args) { int a = 1, b = 2; swapInt(a, b); System.out.println("a=" + a + " , b=" + b); } private static void swapInt(int a, int b) { int temp = a; a = b; b = temp; } ``` 結果估計大家都知道，a和b並沒有交換： ```shell integerA=1 , integerB=2 ``` 但是原因呢？先看這張圖，先來說說Java虛擬機器的結構：  執行時區域主要分為： - 執行緒私有： - 程式計數器:`Program Count Register`,執行緒私有，沒有垃圾回收 - 虛擬機器棧:`VM Stack`，執行緒私有，沒有垃圾回收 - 本地方法棧:`Native Method Stack`,執行緒私有，沒有垃圾回收 - 執行緒共享： - 方法區:`Method Area`，以`HotSpot`為例，`JDK1.8`後元空間取代方法區，有垃圾回收。 - 堆:`Heap`，垃圾回收最重要的地方。 和這個程式碼相關的主要是虛擬機器棧，也叫方法棧，是每一個執行緒私有的。 生命週期和執行緒一樣，主要是記錄該執行緒Java方法執行的記憶體模型。虛擬機器棧裡面放著好多**棧幀**。**注意虛擬機器棧，對應是Java方法，不包括本地方法。** **一個Java方法執行會建立一個棧幀**，一個棧幀主要儲存： - 區域性變量表 - 運算元棧 - 動態連結 - 方法出口 每一個方法呼叫的時候，就相當於將一個**棧幀**放到虛擬機器棧中（入棧），方法執行完成的時候，就是對應著將該棧幀從虛擬機器棧中彈出（出棧）。 每一個執行緒有一個自己的虛擬機器棧，這樣就不會混起來，如果不是執行緒獨立的話，會造成呼叫混亂。 大家平時說的java記憶體分為堆和棧，其實就是為了簡便的不太嚴謹的說法，他們說的棧一般是指虛擬機器棧，或者虛擬機器棧裡面的區域性變量表。 區域性變量表一般存放著以下資料： - 基本資料型別（`boolean`,`byte`,`char`,`short`,`int`,`float`,`long`,`double`） - 物件引用（reference型別，不一定是物件本身，可能是一個物件起始地址的引用指標，或者一個代表物件的控制代碼，或者與物件相關的位置） - returAddress（指向了一條位元組碼指令的地址） 區域性變量表記憶體大小編譯期間確定，執行期間不會變化。空間衡量我們叫Slot（區域性變數空間）。64位的long和double會佔用2個Slot，其他的資料型別佔用1個Slot。 上面的方法呼叫的時候，實際上棧幀是這樣的，呼叫main()函式的時候，會往虛擬機器棧裡面放一個棧幀，棧幀裡面我們主要關注區域性變量表，傳入的引數也會當成區域性變數，所以第一個區域性變數就是引數`args`，由於這個是`static`方法，也就是類方法，所以不會有當前物件的指標。  如果是普通方法，那麼區域性變量表裡面會多出一個區域性變數`this`。 如何證明這個東西真的存在呢？我們大概看看位元組碼，因為區域性變數在編譯的時候就確定了，執行期不會變化的。下面是`IDEA`外掛`jclasslib`檢視的:  上面的圖，我們在`main()`方法的區域性變量表中，確實看到了三個變數：`args`,`a`，`b`。 **那在main()方法裡面呼叫了swapInt(a, b)呢？** 那堆疊裡面就會放入`swapInt(a,b)`的棧幀，**相當於把a和b區域性變數複製了一份**，變成下面這樣，由於裡面一共有三個區域性變數： - a:引數 - b：引數 - temp：函式內臨時變數 a和b交換之後，其實`swapInt(a,b)`的棧幀變了，a變為2，b變為1，但是`main()`棧幀的a和b並沒有變。  那同樣來從位元組碼看，會發現確實有3個區域性變數在區域性變量表內，並且他們的數值都是int型別。  而`swap(a,b)`執行結束之後，該方法的堆疊會被彈出虛擬機器棧，此時虛擬機器棧又剩下`main()`方法的棧幀，由於基礎資料型別的數值相當於存在區域性變數中，`swap(a,b)`棧幀中的區域性變數不會影響`main()`方法的棧幀中的區域性變數，所以，就算你在`swap(a,b)`中交換了，也不會變。  ## 基礎包裝資料型別交換 將上面的資料型別換成包裝型別，也就是`Integer`物件,結果會如何呢？ ```java public static void main(String[] args) { Integer a = 1, b = 2; swapInteger(a, b); System.out.println("a=" + a + " , b=" + b); } private static void swapInteger(Integer a, Integer b) { Integer temp = a; a = b; b = temp; } ``` 結果還是一樣，交換無效： ```shell a=1 , b=2 ``` 這個怎麼解釋呢？ 物件型別已經不是基礎資料型別了，區域性變量表裡面的變數存的不是數值，而是物件的引用了。先用`jclasslib`檢視一下位元組碼裡面的區域性變量表，發現其實和上面差不多，只是描述符變了，從`int`變成`Integer`。   但是和基礎資料型別不同的是，區域性變數裡面存在的其實是堆裡面真實的物件的引用地址，通過這個地址可以找到物件，比如，執行`main()`函式的時候，虛擬機器棧如下： 假設 a 裡面記錄的是 1001 ，去堆裡面找地址為 1001 的物件，物件裡面存了數值1。b 裡面記錄的是 1002 ，去堆裡面找地址為 1002 的物件，物件裡面存了數值2。  而執行`swapInteger(a,b)`的時候，但是還沒有交換的時候，相當於把 區域性變數複製了一份：  而兩者交換之後，其實是`SwapInteger(a,b)`棧幀中的a裡面存的地址引用變了，指向了b，但是b裡面的，指向了a。  而`swapInteger()`執行結束之後，其實`swapInteger(a,b)`的棧幀會退出虛擬機器棧，只留下`main()`的棧幀。  這時候，a其實還是指向1，b還是指向2，因此，交換是沒有起效果的。 ## String，StringBuffer，自定義物件交換 一開始，我以為`String`不會變是因為`final`修飾的，但是實際上，不變是對的，但是不是這個原因。原因和上面的差不多。 `String`是不可變的，只是說堆/常量池內的資料本身不可變。但是引用還是一樣的，和上面分析的`Integer`一樣。  其實`StringBuffer`和自定義物件都一樣，區域性變量表記憶體在的都是引用，所以交換是不會變化的，因為`swap()`函式內的棧幀不會影響呼叫它的函式的棧幀。 不行我們來測試一下，用事實說話： ```java public static void main(String[] args) { String a = new String("1"), b = new String("2"); swapString(a, b); System.out.println("a=" + a + " , b=" + b); StringBuffer stringBuffer1 = new StringBuffer("1"), stringBuffer2 = new StringBuffer("2"); swapStringBuffer(stringBuffer1, stringBuffer2); System.out.println("stringBuffer1=" + stringBuffer1 + " , stringBuffer2=" + stringBuffer2); Person person1 = new Person("person1"); Person person2 = new Person("person2"); swapObject(person1,person2); System.out.println("person1=" + person1 + " , person2=" + person2); } private static void swapString(String s1,String s2){ String temp = s1; s1 = s2; s2 = temp; } private static void swapStringBuffer(StringBuffer s1,StringBuffer s2){ StringBuffer temp = s1; s1 = s2; s2 = temp; } private static void swapObject(Person p1,Person p2){ Person temp = p1; p1 = p2; p2 = temp; } class Person{ String name; public Person(String name){ this.name = name; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}'; } } ``` 執行結果,證明交換確實沒有起效果。 ```java a=1 , b=2 stringBuffer1=1 , stringBuffer2=2 person1=Person{name='person1'} , person2=Person{name='person2'} ``` ## 總結 基礎資料型別交換，棧幀裡面存的是區域性變數的數值，交換的時候，兩個棧幀不會干擾，`swap(a,b)`執行完成退出棧幀後，`main()`的區域性變量表還是以前的，所以不會變。 物件型別交換，棧幀裡面存的是物件的地址引用，交換的時候，只是`swap(a,b)`的區域性變量表的區域性變數裡面存的引用地址變化了，同樣`swap(a,b)`執行完成退出棧幀後，`main()`的區域性變量表還是以前的，所以不會變。 所以不管怎麼交換都是不會變的。 **【作者簡介】**： 秦懷，公眾號【**秦懷雜貨店**】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。個人寫作方向：Java原始碼解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分散式，劍指Offer，LeetCode等，認真寫好每一篇文章，不喜歡標題黨，不喜歡花裡胡哨，大多寫系列文章，不能保證我寫的都完全正確，但是我保證所寫的均經過實踐或者查詢資料。遺漏或者錯誤之處，還望指正。 [2020年我寫了什麼？](http://aphysia.cn/archives/2020) [開源程式設計筆記](https://damaer.github.io/Coding/#/) 平日時間寶貴，只能使用晚上以及週末時間學習寫作，關注我，我們一起成