`

Java栈与堆 (精通java者必懂概念)

阅读更多


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。

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。

3. Java中的数据类型有两种。

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。

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:
复制内容到剪贴板代码:
int a = 3;
int b = 3;
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。

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。

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。

 

4. 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。

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:

(1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量:String str;

(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。

(3)将str指向对象o的地址。

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!

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。
复制内容到剪贴板代码:
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
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。
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。

我们再来更进一步,将以上代码改成:
复制内容到剪贴板代码:
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
str1 = "bcd";
System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc
System.out.println(str1==str2); //false
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。

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。

再修改原来代码:
复制内容到剪贴板代码:
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。

我们再接着看以下的代码。
复制内容到剪贴板代码:
String str1 = new String("abc");
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //false 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。

String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1==str2); //false
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。

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。

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。

7. 结论与建议:

(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。

(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。

(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==。

(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。

分享到:
评论

相关推荐

    魔乐科技:从入门到精通Java全部源码

    "魔乐科技:从入门到精通Java全部源码" 提供的是一套全面的Java学习资源,旨在帮助初学者和有经验的开发者深入理解Java的核心概念和技术。 源码在编程学习中扮演着至关重要的角色,它能直观地展示代码结构和实现...

    java入门到精通PPT

    12. **JVM**:理解Java虚拟机的工作原理,包括内存管理(堆、栈、方法区等)、垃圾回收机制和性能优化技巧。 13. **设计模式**:学习常见的设计模式,如单例、工厂、装饰器、观察者等,提升代码的可维护性和可扩展性...

    java技术从入门到精通(孙鑫)学习笔记

    Java技术,作为全球最受欢迎的编程语言之...通过深入学习并实践书中的知识点,你可以逐步提升自己的编程技能,成为一名精通Java的开发者。这本书的学习笔记将是你探索Java世界的一把钥匙,助你在编程的道路上稳步前行。

    java书籍从入门到精通.rar

    这份"java书籍从入门到精通.rar"压缩包文件显然包含了丰富的学习资源,旨在帮助初学者掌握Java技术,逐步成长为精通Java的专业开发者。下面将详细阐述Java的核心知识点,以及初学者在学习过程中可能遇到的重点。 1....

    java开发+精通 经典总结 全是免分资源

    综上所述,这份“java开发+精通 经典总结”涵盖了从基础到高级的Java开发知识,无论你是初学者还是经验丰富的开发者,都能从中受益。通过深入学习和实践,你将能够提升Java编程技巧,更好地应对各种开发挑战。

    韩顺平java从入门到精通视频教程(全94讲)学习笔记整理(齐全)

    以上是对韩顺平Java从入门到精通视频教程学习笔记的部分整理,包含了Java的基础概念、开发流程、历史背景、开发工具的选择以及简单的程序示例等内容。这些基础知识对于Java初学者来说至关重要,能够帮助他们顺利入门...

    300个java 练习 入门 精通

    这300个练习覆盖了从基础语法到高级特性的方方面面,确保学习者能够全面理解Java编程的核心概念。 1. **Java基础** - 变量和数据类型:包括基本类型(整型、浮点型、字符型、布尔型)和引用类型(类、接口、数组)...

    精通JAVA_SOCKET编程技术

    精通JAVA_SOCKET编程技术 在深入理解JAVA_SOCKET编程技术之前,我们首先需要明确Socket的基本概念及其在Java中的应用。Socket,即套接字,是网络通信的基础,它提供了一种在网络中进行数据交换的方式,使不同计算机...

    java从入门到精通 书籍ppt

    Java编程语言是软件开发领域广泛使用的工具,尤其在企业级应用和互联网开发中占据主导地位。《Java从入门到精通》是一本旨在帮助初学者掌握Java编程...在实际学习过程中,不断动手实践,编写代码,是精通Java的关键。

    java数据结构 java语言描述 java算法分析 java初学者 java入门到精通

    通过深入学习这些Java基础知识,从初学者到精通,不仅可以提升编程能力,还能为后续的框架学习和项目开发打下坚实的基础。实践是检验理论的最好方式,所以理论学习的同时,建议配合编写代码进行实践,以便更好地理解...

    韩顺平java从入门到精通上课所有笔记源码

    【标题】:“韩顺平java从入门到精通上课所有笔记源码”是一个全面学习Java编程的资源集合,其中包含了韩顺平老师在教授Java技术时的详细笔记和配套源代码。这个标题暗示了该压缩包内容是针对初学者和进阶者设计的,...

    精通java多线程

    Java多线程是Java编程语言中的一个重要特性,它允许程序同时执行多个任务,极大地提高了程序的效率和响应性。在现代计算机系统中,多核处理器的普及使得多线程技术成为提升性能的关键手段。本篇将深入探讨Java多线程...

    Java经典教程,初学者的最好的宝典,从入门到精通(下)

    8. **Java虚拟机(JVM)**:理解JVM的工作原理,包括类加载、内存管理(堆、栈、方法区等)、垃圾回收等,有助于优化代码性能。 9. **泛型**:泛型是Java 5引入的新特性,增强了类型安全性和代码可读性。学习者需要...

    Java学习从入门到精通 学习路径指点

    在学习Java的过程中,理解其核心概念和掌握正确的学习路径至关重要。Java语言以其简洁和高效著称,主要依赖于两大部分:JVM(Java虚拟机)的内存管理和Class Loader机制。理解这两点,能帮助我们解决大部分与对象和...

    java技术从入门到精通

    Java技术从入门到精通,这是一个全面且深入的学习资源,旨在帮助初学者掌握Java编程语言的基础与进阶知识。Java作为一种广泛应用于企业级开发、移动应用(Android)以及大数据处理等领域的编程语言,其重要性...

    [算法设计、分析与实现从入门到精通:C、C.和Java].徐子珊.扫描版

    总的来说,《算法设计、分析与实现从入门到精通:C、C++和Java》是一本全面且深入的算法教程,适合对算法感兴趣的初学者及希望提升算法水平的开发者阅读。通过学习,读者可以深入理解算法的本质,掌握设计和分析算法...

    韩顺平_循序渐进学Java零基础【完整笔记】1

    总结起来,这套Java零基础课程以韩顺平的教学风格进行讲解,旨在帮助学生从零开始,逐步精通Java编程,并了解其在实际工作中的应用场景。课程涵盖了基础理论、实战技巧和就业指导,是一套全面且实用的学习资源。

    java Web 编程宝典(十年典藏版) 光盘源码

    在深入探讨这些知识点之前,我们先来理解一下Java Web编程的基本概念。 Java Web编程主要指的是使用Java技术栈进行Web应用开发的过程。它涵盖了诸如Servlet、JSP(Java Server Pages)、JavaServer Faces(JSF)、...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics