原文作者：一夜丶魚龍舞

原文地址：JAVA 堆棧 堆 方法區 靜態區 final static 內存分配 詳解(轉)

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一、棧(stack)和堆(heap)

（１）內存分配的策略

按照編譯原理的觀點,程序運行時的內存分配有三種策略,分別是靜態的、棧式的、和堆式的.

• 靜態存儲分配：是指在編譯時就能確定每個數據目標在運行時刻的存儲空間需求,因而在編譯時就可以給他們分配固定的內存空間.這種分配策略要求程序代碼中不允許有可變數據結構(比如可變數組)的存在,也不允許有嵌套或者遞歸的結構出現,因為它們都會導致編譯程序無法計算準確的存儲空間需求.
• 棧式存儲分配：也可稱為動態存儲分配,是由一個類似于堆棧的運行棧來實現的.和靜態存儲分配相反,在棧式存儲方案中,程序對數據區的需求在編譯時是完全未知的,只有到運行的時候才能夠知道,但是規定在運行中進入一個程序模塊時,必須知道該程序模塊所需的數據區大小才能夠為其分配內存.和我們在數據結構所熟知的棧一樣,棧式存儲分配按照先進后出的原則進行分配。
• 堆式存儲分配：要求在編譯時能知道所有變量的存儲要求,棧式存儲分配要求在過程的入口處必須知道所有的存儲要求,而堆式存儲分配則專門負責在編譯時或運行時模塊入口處都無法確定存儲要求的數據結構的內存分配,比如可變長度串和對象實例.堆由大片的可利用塊或空閑塊組成,堆中的內存可以按照任意順序分配和釋放.

（２）堆和棧的比較

上面的定義從編譯原理的教材中總結而來,除靜態存儲分配之外,都顯得很呆板和難以理解,下面撇開靜態存儲分配,集中比較堆和棧。從堆和棧的功能和作用來通俗的比較, 堆主要用來存放對象的，棧主要是用來執行程序的 .而這種不同又主要是由于堆和棧的特點決定的:

• 在編程中，例如C/C++中，所有的方法調用都是通過棧來進行的,所有的局部變量,形式參數都是從棧中分配內存空間的。實際上也不是什么分配,只是從棧頂向上用就行,就好像工廠中的傳送帶(conveyor belt)一樣,Stack Pointer會自動指引你到放東西的位置,你所要做的只是把東西放下來就行.退出函數的時候，修改棧指針就可以把棧中的內容銷毀.這樣的模式速度最快,當然要用來運行程序了.需要注意的是,在分配的時候,比如為一個即將要調用的程序模塊分配數據區時,應事先知道這個數據區的大小,也就說是雖然分配是在程序運行時進行的,但是分配的大小多少是確定的,不變的,而這個"大小多少"是在編譯時確定的,不是在運行時.
• 堆是應用程序在運行的時候請求操作系統分配給自己內存，由于從操作系統管理的內存分配,所以在分配和銷毀時都要占用時間，因此用堆的效率非常低.但是堆的優點在于,編譯器不必知道要從堆里分配多少存儲空間，也不必知道存儲的數據要在堆里停留多長的時間,因此,用堆保存數據時會得到更大的靈活性。事實上,面向對象的多態性,堆內存分配是必不可少的,因為多態變量所需的存儲空間只有在運行時創建了對象之后才能確定.在C++中，要求創建一個對象時，只需用new命令編制相關的代碼即可。執行這些代碼時，會在堆里自動進行數據的保存.當然，為達到這種靈活性，必然會付出一定的代價:在堆里分配存儲空間時會花掉更長的時間！這也正是導致我們剛才所說的效率低的原因,看來列寧同志說的好,人的優點往往也是人的缺點,人的缺點往往也是人的優點(暈~).

（３）JVM中的堆和棧

JVM是基于堆棧的虛擬機.JVM為每個新創建的線程都分配一個棧.也就是說,對于一個Java程序來說，它的運行就是通過對棧的操作來完成的。棧以幀為單位保存線程的狀態。JVM對堆棧只進行兩種操作:以幀為單位的壓棧和出棧操作。

我們知道,某個線程正在執行的方法稱為此線程的當前方法.我們可能不知道,當前方法使用的幀稱為當前幀。當線程激活一個Java方法,JVM就會在線程的Java堆棧里新壓入一個幀。這個幀自然成為了當前幀.在此方法執行期間,這個幀將用來保存參數,局部變量,中間計算過程和其他數據.這個幀在這里和編譯原理中的活動紀錄的概念是差不多的.從Java的這種分配機制來看,棧又可以這樣理解:棧(Stack)是操作系統在建立某個進程時或者線程(在支持多線程的操作系統中是線程)為這個線程建立的存儲區域，該區域具有先進后出的特性。

每一個Java應用都唯一對應一個JVM實例，每一個JVM實例唯一對應一個堆。應用程序在運行中所創建的所有類實例或數組都放在這個堆中,并由應用所有的線程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆內存是自動初始化的。Java中所有對象的存儲空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配,也就是說在建立一個對象時從兩個地方都分配內存，在堆中分配的內存實際建立這個對象，而在堆棧中分配的內存只是一個指向這個堆對象的指針(引用)而已。

二、Java數據類型

1.?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(注意，并沒有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。值得注意的是，自動變量存的是字面值，不是類的實例，即不是類的引用，這里并沒有類的存在。如int a = 3; 這里的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，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊里面，程序塊退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。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：?

int a = 3;? 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，然后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，然后將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創建完b的引用變量后，由于在棧中已經有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。特別注意的是，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，那么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的值后，再令a=4；那么，b不會等于4，還是等于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于堆中，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。

2. 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！因為編譯器在后臺進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。前者是規范的類的創建過程，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。那為什么在String str = "abc"；中，并沒有通過new()來創建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。

3.?關于String str = "abc"的內部工作。

Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟：

• 先定義一個名為str的對String類的對象引用變量：String str；
• 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，并將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，并返回o的地址。
• 將str指向對象o的地址。

值得注意的是，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。?

String str1 = "abc";? String str2 = "abc";? System.out.println(str1==str2); //true?

注意，我們這里并不用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。而我們在這里要看的是，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：?

String str1 = "abc";? String str2 = "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，并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，然后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：?

String str1 = "abc";? String str2 = "abc"; str1 = "bcd"; String str3 = str1;? System.out.println(str3); //bcd String str4 = "bcd";? 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(注意，str3并沒有創建新對象)。當str1改完其值后，再創建一個String的引用str4，并指向因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。?

String str1 = new String("abc");? String str2 = "abc";? 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。String str1 = "abc";? String str2 = new String("abc");? 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。

4.?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。

5.?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！對象可能并沒有被創建！唯一可以肯定的是，指向String類的引用被創建了。至于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。而對于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的內部在這里實現是否應用了這個模式，不得而知。
• (3)當比較包裝類里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)由于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。

三、static、final修飾符、內部類和Java內存分配

1、static修飾符

static修飾符能夠與屬性、方法和內部類一起使用，表示靜態的。類中的靜態變量和靜態方法能夠與類名一起使用，不需要創建一個類的對象來訪問該類的靜態成員，所以，static修飾的變量又稱作“類變量”。

（1）static屬性的內存分配

一個類中，一個static變量只會有一個內存空間，雖然有多個類實例，但這些類實例中的這個static變量會共享同一個內存空間。static的變量是在類裝載的時候就會被初始化，即，只要類被裝載，不管是否使用了static變量，都會被初始化。static的基本規則：

• 一個類的靜態方法只能訪問靜態屬性
• 一個類的靜態方法不能直接調用非靜態方法
• 如訪問控制權限允許，static屬性和方法可以使用類名加“.”的方式調用，也可以使用實例加“.”的方式調用
• 靜態方法中不存在當前對象，因而不能使用this，也不能使用super
• 靜態方法不能被非靜態方法覆蓋
• 構造方法不允許聲明為static的
• 注，非靜態變量只限于實例，并只能通過實例引用被訪問。

（2）靜態初始器——靜態塊

靜態初始器是一個存在與類中方法外面的靜態塊，僅僅在類裝載的時候執行一次，通常用來初始化靜態的類屬性。

2、final修飾符

在Java聲明類、屬性和方法時，可以使用關鍵字final來修飾，final所標記的成分具有終態的特征，表示最終的意思。final的具體規則

• final標記的類不能被繼承
• final標記的方法不能被子類重寫
• final標記的變量（成員變量或局部變量）即成為常量，只能賦值一次
• final標記的成員變量必須在聲明的同時賦值，如果在聲明的時候沒有賦值，那么只有一次賦值的機會，而且只能在構造方法中顯式賦值，然后才能使用
• final標記的局部變量可以只聲明不賦值，然后再進行一次性的賦值
• final一般用于標記那些通用性的功能、實現方式或取值不能隨意被改變的成分，以避免被誤用

如果將引用類型（即，任何類的類型）的變量標記為final，那么，該變量不能指向任何其它對象，但可以改變對象的內容，因為只有引用本身是final的。

3、內部類

在一個類（或方法、語句塊）的內部定義另一個類，后者稱為內部類，有時也稱為嵌套類。內部類的特點

• ·內部類可以體現邏輯上的從屬關系，同時對于其它類可以控制內部類對外不可見等
• ·外部類的成員變量作用域是整個外部類，包括內部類，但外部類不能訪問內部類的private成員
• ·邏輯上相關的類可以在一起，可以有效地實現信息隱藏
• ·內部類可以直接訪問外部類的成員，可以用此實現多繼承
• ·編譯后，內部類也被編譯為單獨的類，名稱為outclass$inclass的形式

內部類可以分為四種

• ·類級：成員式，有static修飾
• ·對象級：成員式，普通，無static修飾
• ·本地內部類：局部式
• ·匿名級：局部式

成員式內部類的基本規則

• ·可以有各種修飾符，可以用4種權限、static、final、abstract定義
• ·若有static限定，就為類級，否則為對象級。類級可以通過外部類直接訪問，對象級需要先生成外部的對象后才能訪問
• ·內外部類不能同名
• ·非靜態內部類中不能聲明任何static成員
• ·內部類可以互相調用

成員式內部類的訪問

• 內部類訪問外層類對象的成員時，語法為：外層類名.this.屬性
• 使用內部類時，由外部類對象加“.new”操作符調用內部類的構造方法，創建內部類的對象。
• 在另一個外部類中使用非靜態內部類中定義的方法時，要先創建外部類的對象，再創建與外部類相關的內部類的對象，再調用內部類的方法。
• static內部類相當于其外部類的static成分，它的對象與外部類對象間不存在依賴關系，因此可以直接創建。
• 由于內部類可以直接訪問其外部類的成分，因此，當內部類與其外部類中存在同名屬性或方法時，也將導致命名沖突。所以，在多層調用時要指明。

Java的內存分配
? Java程序運行時的內存結構分成：方法區、棧內存、堆內存、本地方法棧幾種。
? 方法區存放裝載的類數據信息，包括：
??? ·基本信息：每個類的全限定名、每個類的直接超類的全限定名、該類是類還是接口、該類型的訪問修飾符、直接超接口的全限定名的有序列表。
??? ·每個已裝載類的詳細信息：運行時常量池、字段信息、方法信息、靜態變量、到類classloader的引用、到類class的引用。
? 棧內存
??? Java棧內存由局部變量區、操作數棧、幀數據區組成，以幀的形式存放本地方法的調用狀態（包括方法調用的參數、局部變量、中間結果……）。
? 堆內存
??? 堆內存用來存放由new創建的對象和數組。在堆中分配的內存，由Java虛擬機的自動垃圾回收器來管理。
? 本地方法棧內存
??? Java通過Java本地接口JNI（Java?Native Interface）來調用其它語言編寫的程序，在Java里面用native修飾符來描述一個方法是本地方法。
? String的內存分配
??? String是一個特殊的包裝類數據，由于String類的值不可變性，當String變量需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer或StringBuilder類，以提高程序效率。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM—堆栈 堆 方法区 静态区 final static 内存分配的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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