Java回归线之→堆栈

    1 . 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地点 。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地配置 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运用 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 (留心 ，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。值得留心 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，字段值就消散 了)，出于追求速度的原由 ，就存在于栈中。      
     
　　另外，栈有一个很主要 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：      
     
int  a =  3 ;       
int  b =  3 ；       
     
　　编译器先处理int  a =  3 ；首先它会在栈中建立 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 ；在建立 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。

　　特别留心 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动 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能不能 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值的改动 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，在运行时才根据须要 动态建立 ，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" );的形式来建立 ，也可以用String str =  "abc" ；的形式来建立 (作为比较 ，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！因为编译器在后台执行 Integer i =  new  Integer( 3 )的转换)。前者是规范的类的建立 流程 ，即在Java中，一切都是对象，而对象是类的实例，全部通过 new ()的形式来建立 。Java中的有些类，如DateFormat类，可以通过该类的getInstance()要领 来返回一个新建立 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 ()来建立 的，而getInstance()向外部潜藏 了此细节。那为什么在String str =  "abc" ；中，并没有通过 new ()来建立 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多个 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，接着建立 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。      
     
　　值得留心 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疑问 ，我们可以通过以下的多个 代码执行 验证。      
     
String str1 = "abc" ;      
String str2 = "abc" ;      
System.out.println(str1==str2); //true        
     
　　留心 ，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能不能 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能不能 都指向了同一个对象。      
结果说明，JVM建立 了两个引用str1和str2，但只建立 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：      
     
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发觉 在栈中没有存放该值的地址，便开辟了这个地址，并建立 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动 (immutable)的类。如果你要改动 其值，可以，但JVM在运行时根据新值悄悄建立 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。这个建立 流程 虽说是完全自动执行 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：      
     
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(留心 ，str3并没有建立 新对象)。当str1改完其值后，再建立 一个String的引用 str4，并指向因str1修改值而建立 的新的对象。可以发觉 ，这回str4也没有建立 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。      
     
String str1 = new  String( "abc" );      
String str2 = "abc" ;      
System.out.println(str1==str2); //false        
     
　　建立 了两个引用。建立 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        
     
　　建立 了两个引用。建立 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，都会在堆中建立 ，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修改 其内部的值。 

    

    7 . 结论与建议：      
     
　　(1 )我们在运用 诸如String str =  "abc" ；的格式定义类时，总是想当然地认为，我们建立 了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被建立 ！唯一可以肯定的是，指向String类的引用被建立 了。至于这个引用到底能不能 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 ()要领 来显要地建立 一个新的对象。因此，更为准确的说法是，我们建立 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觉 的bug是很有帮助的。      
     
　　(2 )运用 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能不能 有必要建立 新对象。而对于String str =  new  String( "abc" )；的代码，则一概在堆中建立 新对象，而不管其字符串值能不能 相等，能不能 有必要建立 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的内部在这里实现能不能 使用 了这个模式，不得而知。      
     
　　(3 )当比较包装类里面的数值能不能 相等时，用equals()要领 ；当测试两个包装类的引用能不能 指向同一个对象时，用==。

　　(4 )由于String类的immutable性质，当String变量须要 经常变换其值时，应该考虑运用 StringBuffer类，以提高程序效率。