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内存分区

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  1. 内存可分为 3 个区:堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)    
  2. <一>    
  3.   
  4. 基础数据类型直接在栈空间分配, 方法的形式参数,直接在栈空间分配,当方法调用完成后从栈空间回收。   引用数据类型,需要用 new 来创建,既在栈空间分配一个地址空间,又在堆空间分配对象的类变量 。 方法的引用参数,在栈空间分配一个地址空间,并指向堆空间的对象区,当方法调用完成后从栈空间回收。局部变量  new  出来时,在栈空间和堆空间中分配空间,当局部变量生命周期结束后,栈空间立刻被回收,堆空间区域等待GC回收。 方法调用时传入的 literal 参数,先在栈空间分配,在方法调用完成后从栈空间分配。字符串常量在 DATA 区域分配 , this  在堆空间分配 。数组既在栈空间分配数组名称, 又在堆空间分配数组实际的大小!    
  5. 哦 对了,补充一下 static 在DATA区域分配。    
  6.   
  7. 从Java的这种分配机制来看,堆栈又可以这样理解:堆栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程(在支持多线程的操作系统中是线程)为这个线程建立的存储区域,该区域具有先进后出的特性。    
  8. 每一个Java应用都唯一对应一个JVM实例,每一个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中,并由应 用所有的线程共享.跟C/C++不同,Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的,但是这个对象的引用却是在堆 栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存,在堆中分配的内存实际建立这个对象,而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引 用)而已。    
  9.   
  10. <二>    
  11.   
  12. 这两天看了一下深入浅出JVM这本书,推荐给高级的java程序员去看,对你了解JAVA的底层和运行机制有    
  13. 比较大的帮助。    
  14. 废话不想讲了.入主题:    
  15. 先了解具体的概念:    
  16. JAVA的JVM的内存可分为 3 个区:堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)    
  17.   
  18. 堆区:    
  19. 1 .存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的 class 的信息。( class 的目的是得到操作指令)    
  20. 2 .jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身    
  21. 栈区:    
  22. 1 .每个线程包含一个栈区,栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象),对象都存放在堆区中    
  23. 2 .每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的,其他栈不能访问。    
  24. 3 .栈分为 3 个部分:基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。    
  25. 方法区:    
  26. 1 .又叫静态区,跟堆一样,被所有的线程共享。方法区包含所有的 class static 变量。    
  27. 2 .方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素,如 class static 变量。    
  28. 为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕,我们来准备 2 个小道具( 2 个非常简单的小程序)。    
  29. AppMain.java    
  30.   
  31. public     class  AppMain                 //运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区    
  32. {    
  33. public     static     void  main(String[] args)  //main 方法本身放入方法区。    
  34. {    
  35. Sample test1 =  new  Sample(  " 测试1 "  );    //test1是引用,所以放到栈区里, Sample是自定义对象应该放到堆里面    
  36. Sample test2 =  new  Sample(  " 测试2 "  );    
  37.   
  38. test1.printName();    
  39. test2.printName();    
  40. }    
  41. } Sample.java    
  42.   
  43. public     class  Sample         //运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区    
  44. {    
  45.     
  46. private  name;       //new Sample实例后, name 引用放入栈区里, name 对象放入堆里    
  47.   
  48.     
  49. public  Sample(String name)    
  50. {    
  51. this  .name = name;    
  52. }    
  53.   
  54.     
  55. public     void  printName()    //print方法本身放入 方法区里。    
  56. {    
  57. System.out.println(name);    
  58. }    
  59. } OK,让我们开始行动吧,出发指令就是:“java AppMain”,包包里带好我们的行动向导图,Let’s GO!  



图在附件中

Java代码  
  1. 系统收到了我们发出的指令,启动了一个Java虚拟机进程,这个进程首先从classpath中找到AppMain. class 文件,读取这个文件中的二进制数据,然后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的加载过程。    
  2. 接着,Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码,开始执行它的指令。这个main()方法的第一条语句就是:    
  3. Sample test1= new  Sample( "测试1" );    
  4. 语句很简单啦,就是让java虚拟机创建一个Sample实例,并且呢,使引用变量test1引用这个实例。貌似小 case 一桩哦,就让我们来跟踪一下Java虚拟机,看看它究竟是怎么来执行这个任务的:    
  5. 1 、 Java虚拟机一看,不就 是建立一个Sample实例吗,简单,于是就直奔方法区而去,先找到Sample类的类型信息再说。结果呢,嘿嘿,没找到@@,这会儿的方法区里还没有 Sample类呢。可Java虚拟机也不是一根筋的笨蛋,于是,它发扬“自己动手,丰衣足食”的作风,立马加载了Sample类,把Sample类的类型 信息存放在方法区里。    
  6. 2 、 好啦,资料找到了,下面就开始干活啦。Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Sample实例分配内存, 这个Sample实例持有着指向方法区的Sample类的类型信息的引用。这里所说的引用,实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址,其实,就是有点类似于C语言里的指针啦~~,而这个地址呢,就存放了在Sample实例的数据区里。    
  7. 3 、 在JAVA虚拟机进程中, 每个线程都会拥有一个方法调用栈,用来跟踪线程运行中一系列的方法调用过程,栈中的每一个元素就被称为栈帧,每当线程调用一个方法的时候就会向方法栈压入 一个新帧。这里的帧用来存储方法的参数、局部变量和运算过程中的临时数据。OK,原理讲完了,就让我们来继续我们的跟踪行动!位于“=”前的Test1是 一个在main()方法中定义的变量,可见,它是一个局部变量,因此,它被会添加到了执行main()方法的主线程的JAVA方法调用栈中。而“=”将把 这个test1变量指向堆区中的Sample实例,也就是说,它持有指向Sample实例的引用。    
  8. OK,到这里为止呢,JAVA虚拟机就完成了这个简单语句的执行任务。参考我们的行动向导图,我们终于初步摸清了JAVA虚拟机的一点点底细了,COOL!    
  9. 接下来,JAVA虚拟机将继续执行后续指令,在堆区里继续创建另一个Sample实例,然后依次执行它们的printName()方法。当 JAVA虚拟机执行test1.printName()方法时,JAVA虚拟机根据局部变量test1持有的引用,定位到堆区中的Sample实例,再根 据Sample实例持有的引用,定位到方法去中Sample类的类型信息,从而获得printName()方法的字节码,接着执行printName() 方法包含的指令。    
  10.   
  11. <三>    
  12.   
  13. 在windows中使用taskmanager查看java进程使用的内存时,发现有时候会超过 -Xmx制定的内存大小, -Xmx指定的是java heap,java还要分配内存做其他的事情,包括为每个线程建立栈。    
  14. VM的每个线程都有自己的栈空间,栈空间的大小限制vm的线程数量,太大了,实用的线程数减少,太小容易抛出java.lang.StackOverflowError异常。windows默认为1M,linux必须运行ulimit -s  2048 。    
  15. 在C语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别    
  16. 简单的可以理解为:    
  17. heap:是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。    
  18. stack:是自动分配变量,以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少。    
  19. 一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分    
  20. 1 、栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。    
  21. 2 、在Java语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别    
  22.      1 . 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。    
  23.    2 . 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据可以共享,详见第 3 点。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。    
  24.    3 . Java中的数据类型有两种。    
  25.   一种是基本类型(primitive types), 共有 8 种,即 int short long byte float double boolean char (注意,并没有string的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如 int  a =  3 long  b = 255L;的形式来定义的,称为自动变量。值得注意的是,自动变量存的是字面值,不是类的实例,即不是类的引用,这里并没有类的存在。如 int  a =  3 ; 这里的a是一个指向 int 类型的引用,指向 3 这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于栈中。    
  26.   另外,栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义    
  27.    int  a =  3 ;    
  28.    int  b =  3 ;    
  29.   编译器先处理 int  a =  3 ;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为 3 的地址,没找到,就开辟一个存放 3 这个字面值的地址,然后将a指向 3 的地址。接着处理 int  b =  3 ;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有 3 这个字面值,便将b直接指向 3 的地址。这样,就出现了a与b同时均指向 3 的情况。    
  30.   特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部 状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上 例,我们定义完a与 b的值后,再令a= 4 ;那么,b不会等于 4 ,还是等于 3 。在编译器内部,遇到a= 4 ;时,它就会重新搜索栈中是否有 4 的字面值,如果没有,重新开辟地址存放 4 的值;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。    
  31.   另一种是包装类数据,如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据全部存在于堆中,Java用 new ()语句来显示地告诉编译器,在运行时才根据需要动态创建,因此比较灵活,但缺点是要占用更多的时间。    
  32. 4 .每个JVM的线程都有自己的私有的栈空间,随线程创建而创建,java的stack存放的是frames ,java的stack和c的不同,只是存放本地变量,返回值和调用方法,不允许直接push和pop frames ,因为frames 可能是有heap分配的,所以j为ava的stack分配的内存不需要是连续的。java的heap是所有线程共享的,堆存放所有 runtime data ,里面是所有的对象实例和数组,heap是JVM启动时创建。    
  33.    5 . String是一个特殊的包装类数据。即可以用String str =  new  String( "abc" );的形式来创建,也可以用String str =  "abc" ;的形式来创建(作为对比,在JDK  5.0 之前,你从未见过Integer i =  3 ;的表达式,因为类与字面值是不能通用的,除了String。而在JDK  5.0 中,这种表达式是可以的!因为编译器在后台进行Integer i =  new  Integer( 3 )的转换)。前者是规范的类的创建过程,即在Java中,一切都是对象,而对象是类的实例,全部通过 new ()的形式来创建。Java 中的有些类,如DateFormat类,可以通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类,似乎违反了此原则。其实不然。该类运用了单例模式来返回类的实例,只不过这个实例是在该类内部通过 new ()来创建的,而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为什么在String str =  "abc" ;中,并没有通过 new ()来创建实例,是不是违反了上述原则?其实没有。    
  34.    5 . 关于String str =  "abc" 的内部工作。Java内部将此语句转化为以下几个步骤:    
  35.   ( 1 )先定义一个名为str的对String类的对象引用变量:String str;    
  36.   ( 2 )在栈中查找有没有存放值为 "abc" 的地址,如果没有,则开辟一个存放字面值为 "abc" 的地址,接着创建一个新的String类的对象o,并将o 的字符串值指向这个地址,而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。如果已经有了值为 "abc" 的地址,则查找对象o,并返回o的地址。    
  37.   ( 3 )将str指向对象o的地址。    
  38.   值得注意的是,一般String类中字符串值都是直接存值的。但像String str =  "abc" ;这种场合下,其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用!    
  39. 为了更好地说明这个问题,我们可以通过以下的几个代码进行验证。    
  40.   String str1 =  "abc" ;    
  41.   String str2 =  "abc" ;    
  42.   System.out.println(str1==str2);  //true    
  43.   注意,我们这里并不用str1.equals(str2);的方式,因为这将比较两个字符串的值是否相等。==号,根据JDK的说明,只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而我们在这里要看的是,str1与str2是否都指向了同一个对象。    
  44.   结果说明,JVM创建了两个引用str1和str2,但只创建了一个对象,而且两个引用都指向了这个对象。    
  45.   我们再来更进一步,将以上代码改成:    
  46.   String str1 =  "abc" ;    
  47.   String str2 =  "abc" ;    
  48.   str1 =  "bcd" ;    
  49.   System.out.println(str1 +  ","  + str2);  //bcd, abc    
  50.   System.out.println(str1==str2);  //false    
  51.   这就是说,赋值的变化导致了类对象引用的变化,str1指向了另外一个新对象!而str2仍旧指向原来的对象。上例中,当我们将str1的值改为 "bcd" 时,JVM发现在栈中没有存放该值的地址,便开辟了这个地址,并创建了一个新的对象,其字符串的值指向这个地址。    
  52.   事实上,String类被设计成为不可改变(immutable)的类。如果你要改变其值,可以,但JVM在运行时根据新值悄悄创建了一 个新对象,然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是完全自动进行的,但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中,会带 有一定的不良影响。    
  53.   再修改原来代码:    
  54.   String str1 =  "abc" ;    
  55.   String str2 =  "abc" ;    
  56.   str1 =  "bcd" ;    
  57.   String str3 = str1;    
  58.   System.out.println(str3);  //bcd    
  59.   String str4 =  "bcd" ;    
  60.   System.out.println(str1 == str4);  //true    
  61.   str3 这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意,str3并没有创建新对象)。当str1改完其值后,再创建一个String的引用str4,并指向因str1修改值而创建的新的对象。可以发现,这回str4也没有创建新的对象,从而再次实现栈中数据的共享。    
  62.   我们再接着看以下的代码。    
  63.   String str1 =  new  String( "abc" );    
  64.   String str2 =  "abc" ;    
  65.   System.out.println(str1==str2);  //false    
  66.   创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。    
  67.   String str1 =  "abc" ;    
  68.   String str2 =  new  String( "abc" );    
  69.   System.out.println(str1==str2);  //false    
  70.   创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。    
  71.   以上两段代码说明,只要是用 new ()来新建对象的,都会在堆中创建,而且其字符串是单独存值的,即使与栈中的数据相同,也不会与栈中的数据共享。    
  72.    6 . 数据类型包装类的值不可修改。不仅仅是String类的值不可修改,所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。    
  73.    7 . 结论与建议:    
  74.   ( 1 )我们在使用诸如String str =  "abc" ;的格式定义类时,总是想当然地认为,我们创建了String类的对象str。担心陷阱!对象可能并没有被创建!唯一可以肯定的是,指向 String类的引用被创建了。至于这个引用到底是否指向了一个新的对象,必须根据上下文来考虑,除非你通过 new ()方法来显要地创建一个新的对象。因此,更为准确的说法是,我们创建了一个指向String类的对象的引用变量str,这个对象引用变量指向了某个值为 "abc" 的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是很有帮助的。    
  75.   ( 2 )使用String str =  "abc" ;的方式,可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str =  new  String( "abc" );的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。这个思想应该是享元模式的思想,但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式,不得而知。    
  76.   ( 3 )当比较包装类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==。    
  77.   ( 4 )由于String类的immutable性质,当String变量需要经常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。
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