痴情研究java内存中的对象

                            痴情研究java内存中的对象
前记：
几天前，在浏览网页时偶然的发现一道以前就看过很多遍的面试题，题目是：“请说出‘equals’和‘==’的区别”，当时我觉得我还是挺懂的，在心里答了一点（比如我们都知道的：‘==’比较两个引用是否指向同一个对象，‘equals’比较两个对象的内容），可是总觉得心里有点虚虚的，因为这句话好像太概括了，我也无法更深入地说出一些。于是看了几篇别人的技术博客，看完后我心里自信地说，我是真的懂了；后来根据我当时的理解，就在eclipse中敲了些代码验证一下，发现有些运行的结果和我预期的又不一样，怎么找原因都找不到，呵呵~，这时就感觉太伤自尊了，于是我觉得我真的还是不懂得，又去上网查找答案，呵呵，这个问题花了我整整三天的时间，现在想把我的一些总结写下来，以达到检测自己的目的，也欢迎大家浏览、批评、指正。
注：本文不仅研究类类型的对象，还研究基本数据类型

 

线索：
我想采用实例代码驱动的方式来一步步地分析，这也符合我们探知新事物的过程。

 

一、基本数据类型的内存分配

代码1：

int p1=1000;
static  int p2=1000;
public void myTest(){
System.err.println("****************Integer*********************");	
int i1=1000;
int i2=1000;
Integer i3=1000;
Integer i4=1000;
Integer i5=100;
Integer i6=100;
Integer i7=new Integer(1000);
Integer i8=new Integer(1000); 
System.err.println(i1==p1);  //true(输出结果)   1（编号，便于分析）
System.err.println(i1==p2);  //true                  2
System.err.println(i1==i2);  //true                   3
System.err.println(i3==i4);  //false                  4
System.err.println(i5==i6);  //true                   5
System.err.println(i7==i8);  //false                  6
System.err.println(i1==i3);  //true                   7
System.err.println(i1==i7);  //true                   8
System.err.println(i3==i7);  //false                  9
System.err.println("****************Integer*********************");
}

 

看到上面的输出结果，如果你还是有些不能理解的，那就耐心地接着看我的分析吧。

 

分析：

编号1：在java编译时期，当编译到“int p1=1000; ”时会在栈中压入1000，其实后面的p2,i1,i2都是指向这个1000，这样可以提高java的性能，所以编号1、编号2、编号3的输出结果都是true.其实char,float,double等基本数据类型都是这样的。

编号2、编号3：同编号1

编号4：这是java中的自动装箱机制，将基本数据类型int自动转为类类型Integer,这是jdk1.5以上才有的功能，jdk1.5以下编译时会报错。自动装箱时java底层会调用Integer.valueOf(int i)方法自动装箱，下面我们来看看Integer.valueOf(int i)的源码吧：

/**  
* @param  i an <code>int</code> value.
     * @return a <tt>Integer</tt> instance representing <tt>i</tt>.
     * @since  1.5
     */
    public static Integer valueOf(int i) {
        if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + 128];
        else
            return new Integer(i);
    }

 

注：分析源码我们知道IntegerCache.high其实就是127，在IntergerCache的静态块中定义的。

 

源码的意思是当i的值在-128—127之间时会返回IntegerCache.cache[]中的对象，其他的新建一个Integer对象。其实Integer类是这样实现的：考虑到-128—127之间的对象经常使用，就在Integer创建时将值在-128—127之间的对象先创建好，放在池中，以后要使用时，这些对象就不用重新创建了，目的在于提高性能。其实这种机制在Character中也用到了，Character是创建ASCII在0—127之间的对象。补充说明：Integer创建的对象引用在栈中，对象的内容在堆区，栈中的值是堆中对象的地址。Character、Long、Short等包装类都是这样的。所以编号4的输出结果是false,因为值大于127，java新创建了一个对象。

 

编号5：因为值在-128—127之间，所以两个引用指向的是堆区的同一个对象。

编号6：当使用new创建对象时，都会新创建一个对象，即在栈中创建一个引用，在堆中创建该对象，引用指向对象。

 

编号7：这种情况有些人可能会不太清楚，其实这是java的自动拆箱机制，当int和Integer发生操作时，Integer类型对象会自动拆箱成int值，这时比较的是两个int值，而我们前面分析了，int值都会指向常量池中的数据，所以，两者指向的是同一块空间。结果编号7输出true

编号8：同编号7，也是Integer的自动拆箱。

 

编号9：我想，分析了这么多，编号9不用我说，你也应该懂了，呵呵，这里就不赘述了哦~
分析了这么多，终于第一块代码分析完了。

 

二、String类型的内存分配

大家都知道String类型是类类型，不过String类型是一个特殊的类类型，那它特殊在哪呢？
代码2：

            System.err.println("****************string*********************");	
 	    String s1="abc";
 	    String s2="abc";
 	    String s3=new String("abc");
 	    String s4=new String("abc");
 	    System.err.println(s1==s2);//true （输出结果） 1（编号）
 	    System.err.println(s3==s4);//false                   2
 	    System.err.println(s1==s3);//false                    3
 	    
 	    String a = "abc";   
	    String b = "ab";   
	    String c = b + "c";  
	    System.err.println(a==c);//false                         4
	    
 	    String s5 = "123"; 
 	    final String s6="12";
 	    String s7=s6+"3";
 	    System.err.println(s5 == s7);//true                     5              
 	    System.err.println("****************string*********************");

 

编号1：String类型是一个很特殊的类型，当我们使用String str=”abc”;这种定义方法时，”abc”会放入常量池中，以后如果再有定义String str2=”abc”时，其实str和str2指向的是常量池中同一个对象。而只有当使用new创建时才会每次都创建一个新的对象。（我觉得这是String类型和其他类类型的特殊之处）

编号2、编号3：编号1已经分析了。

编号4：执行到  String c = b + "c"; 这一句时，java底层会先创建一个StringBuilder对象，封装b,接着再加上“c”，最后再创建一个String对象，将StringBuilder中的值赋给该String对象，用c来指向它。.其实此时的c指向的对象已经不是a指向的对象了。

编号5：当用final修饰后，s6就变为了常量，在常量池中创建“12”，当执行到String s7=s6+"3";时，编译器直接就把s6当成了“12”，s7此时就已是“123”，它指向常量池中的“123”，所以s5和s7指向的是同一个对象，输出为true。

 

三、StringBuilder,StringBuffer,String的对比

   (一)String
String类型的值是不可变的，听到这句话后可能你会有疑问，我们的String对象可以重新赋值呀，这里有两种情况，情况一：String str=”abc”; , 情况二：String str=new String(“abc”);采用情况一重新赋值时，java会先看常量池中有没有“abc”，如果有则直接指向它，如果没有，在编译时就创建一个常量放入常量池中；对于情况二：str则重新指向一个先创建的对象，该新对象在堆中。下面提出问题：为什么String是不可变的呢？我们来看看String的源码：

 

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    private final int offset;

    /** The count is the number of characters in the String. */
    private final int count;
  //••••••••••••••••••••

 

我们看到String类型是用一个用final修饰的char数组来存储字符串的，所以String类型是不可变的，（其实Short，Character，Long等包装类型也是这样实现的），根据上面对String类型的分析，如果要改变String的值，就要重新创建一个对象，这无疑性能会很差。为了优化String，sun公司添加了StringBuffer，在jdk1.5之后又添加了StringBuilder。

（二）下面我们来分析一下StringBuffer
StringBuffer作为字符串缓冲类，当进行字符串拼接时，不会重新创建一个StringBuffer对象，而是直接在原有值后面添加，因为StringBuffer类继承了AbstractStringBuffer类，分析后者的源码后，我们发现存储字符串的char[]没有被final修饰。至于StringBuffer类是怎样扩充自己的长度的，我们可以参考它的append（）方法，这里不再赘述。不过一定要提出的是：StringBuffer是线程安全的，它的方法体是被synchronized修饰了的。

 

（三）StringBuilder有是怎么样的呢？
StringBuilder基本实现了StringBuffer的功能，最大的不同之处在于StringBuilder不是线程安全的。

（四）String、StringBuffer、StringBuilder的性能比较
代码三：

                StringBuffer b = new StringBuffer("abc");
		long t3 = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
			b = b.append("def");
		}
		long t4 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:" + (t4 - t3));
		System.out.println("*************************************");
		StringBuilder c = new StringBuilder("abc");
		long t5 = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
			c = c.append("def");
		}
		long t6 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:" + (t6 - t5));
		System.out.println("*************************************");
		String S1 = "abc";
		long t1 = System.currentTimeMillis();
		for (int i = 0; i < 10000; i++) {
			S1 += "def";
		}
		long t2 = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("10000次拼接，String所花时间为:" + (t2 - t1));

 

实验结果为：

 

1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:203
*************************************
1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:79
*************************************
10000次拼接，String所花时间为:640

 

显然，StringBuilder的性能最好，String的性能最差，而且差很多；不过StringBuffer的线程安全性很好，性能也比较接近StringBuilder,所以我推荐的选择使用顺序为：StringBuffer>StringBuilder>String;

 

四、java传参

下面我们我看一段代码，不过有点长，请大家有点耐心哦~
代码四：

 

public class VariableTest {
public static void main(String[] args) {
VariableTest t = new VariableTest();
		t.test();
	}

	class Point {
		int x;
		String y;
		StringBuffer sb;
                public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {
			this.x = x;
			this.y = y;
			this.sb = sb;
		}
	}

	public void test() {
		int i = 1;
		String str = "abc";
		StringBuffer bs = new StringBuffer("abc");
		Point p = new Point(1, "2", new StringBuffer("abc"));
		System.out.println("***********函数调用之前****************");
		System.out.println("i为：" + i);
		System.out.println("str为：" + str);
		System.out.println("bs为：" + bs);
		System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y
				+ "       p的sb为：" + p.sb);
		change(i, str, bs, p);
		System.out.println("***********函数调用之后****************");
		System.out.println("i为：" + i);
		System.out.println("str为：" + str);
		System.out.println("bs为：" + bs);
		System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y
				+ "       p的sb为：" + p.sb);
	}

	public void change(int p1, String p2, StringBuffer p3, Point p4) {
		p1 = 2;
		p2 = "I have changed!";
		p3 = p3.append("  I have changed!");
		p4.x = 5;
		p4.y = "I have changed!";
		p4.sb = p4.sb.append("  I have changed!");
	}

}

 

输出结果为：

 

***********函数调用之前****************
i为：1
str为：abc
bs为：abc
p的x为：1         p的y为：2       p的sb为：abc
***********函数调用之后****************
i为：1
str为：abc
bs为：abc  I have changed!
p的x为：5         p的y为：I have changed!       p的sb为：abc  I have changed!

 

分析：
这个例子我举得有点大，不过我觉得如果把我举得这个例子的参数传递完全搞懂了，你对java的参数传递过程就比较了解了。

不过在分析之前，我想给大家java传参的一个思想：java只有值传递，没有引用传递，也没有指针传递。对于基本数据类型，java是直接传值，其实就是将形参指向栈中的那个值；对于类类型（比如String，StringBuffer，自定义类类型等）是传引用（在栈中）的值，也就是堆中对应对象的地址。这个在我认为也是值传递。

 

下面我们开始分析test（）方法
1、首先定义了int类型变量，int类型变量传入change（）方法是简单的值传递，这个大家都知道，所以就不说了；

2、下面是String类型的变量，大家可能会想，String类型是类类型啊，当调用change方法后test方法中也应该会发生变化呀，呵呵，其实这时你忘了String类型是不可变的，因为它存储数据的char[]是用final修饰过的。当change方法中改变了p2的值后，其实p2指向的已经是另一块内存空间了。

3、下面是StringBuffer类型，之前已说类类型传递变量的地址，所以bs和p3指向的是同一块内存空间，当p3重新赋值时，bs也会跟着变得。

4、下面是自定义的类类型，我不想再用文字述说了，就用一个图来表示吧，我相信你现在可以自己分析了。
 

 

 

五、java对象的克隆机制（以上概念的应用）

概念引入：

我相信大家都听过java中的“克隆”这个名词，在Object类中有一个本地化clone（）方法就是用来克隆对象的，其实我们自己也可以用new来克隆对象，但这样的效率会比较低。

概念名词：

浅度克隆：要克隆对象的属性如果是类类型变量，只在栈中创建一个该属性的新引用，指向源属性对象；如果是基本数据类型，我相信你懂得。

深度克隆：对于类类型的属性，在栈中和堆中都重新开辟空间，创建一个全新的属性对象。

其实Object中的clone（）方法就是一种浅度克隆，不过当我们重写该方法时一定要实现Cloneable接口，否则会报异常，代码验证如下：
代码五：

 

public class CloneTest {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Point p1 = new CloneTest().new Point(1, "abc", new StringBuffer("def"));//源对象
		Point p2=p1.clone();     //克隆对象
		System.out.println("*************源对象的值如下****************");
		System.out.println(p1.x);
		System.out.println(p1.y);
		System.out.println(p1.sb);
		System.out.println("************修改克隆对象的值*****************");
		p2.x=2;
		p2.y="ddddddd";
		p2.sb=p2.sb.append("dfsfdsfsd");
		System.out.println("************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************");
		System.out.println(p1.x);
		System.out.println(p1.y);
		System.out.println(p1.sb);
	}
	
	/**
	 * 内部类，用于克隆实验
	 */
	class Point  implements Cloneable{
		int x;
		String y;
		StringBuffer sb;
		//构造方法
		public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {
			this.x = x;
			this.y = y;
			this.sb = sb;
		}
		
		/**
		 * 重写Object类的clone方法，不过默认情况下只能浅克隆，不过我们可以给类类型的变量
		 * 重新new一块空间实现深度克隆，String类型就不用了哦~ ，呵呵，如果你现在还不知道
		 * 为什么，那就把博客再看一遍吧，我充分相信你会懂得，这里我不想再赘述了，总之要知道，String
		 * 类型和其他的类类型总是有一些区别，看到现在我希望你可以总结出一些
		 */		
                 public Point clone(){
			Point o=null;
			try {
				o = (Point)super.clone();
				//o.sb=new StringBuffer();       //实现深度克隆
			} catch (CloneNotSupportedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}			return o;
		}
}
}

 

这时的运行结果如下，很显然是浅克隆。

 

*************源对象的值如下****************
1
abc
def
************修改克隆对象的值*****************
************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************
1
abc
defdfsfdsfsd

 

当我们把clone（）方法中的注释语句“//o.sb=new StringBuffer();    ”启用后，这就是深度克隆了哦，运行结果如下：

 

*************源对象的值如下****************
1
abc
def
************修改克隆对象的值*****************
************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************
1
abc
def

 

上面实现深度克隆的方法是基于Object的clone（）方法的，其实我们也可以采用序列化的方式来实现深度克隆的，这样就不用重写clone（）方法了，我们给Point类添加一个deepClone方法,不过一定要让Point类实现Serializeble接口哦~，deepClone方法如下：

 

                /**
		 * 采用序列化的方式实现深度克隆	
		 */
		public Point deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
		//将对象写入流中
		ByteArrayOutputStream bs=	new ByteArrayOutputStream();
		ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(bs);
		os.writeObject(this);
                //从流中读取对象
		ByteArrayInputStream is=   new 	ByteArrayInputStream(bs.toByteArray());
		ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);
		return (Point) ois.readObject();
		}

 

呵呵，通过这些实验，我想你对java的克隆机制还是比较了解了，具体的分析我也没有必要再说了。就到此为止吧•••

 

如需转载，请注明出处：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1290821

 

 

 

评论

18 楼 lic0112 2015-10-29  

分析非常细腻，受益颇深。
感觉对象的传值还是叫“引用传递”比较恰当：
1. 简单变量的值是存在栈中，传递的时候是复制一份给方法形参； 对象传值也是复制一份栈中的值给形参，而这时复制的是对象的引用（或者叫地址）。
2. 无论简单变量还是对象，传值都是复制一份栈中的值给形参，简单变量的栈是真实的值，可以叫值传递，对象的栈存的是引用，因此应该叫引用传递。
3. 叫“引用传递”更容易理解“外部变量和形参指向的是同一个对象”，因为外部变量的地址和形参的地址指是一样的；这也很容易解释外部对象作为参数后会被方法修改的现象（8楼的问题）。
4. 如果把对象的传递叫做“值传递”， 还应该解释一下是把对象复制一份传递的还是直接把对象作为参数传递的； 因为简单变量的值传递是把值复制一份传递的， 把对象叫做“值传递”很容易让人联想到是把堆中的真实对象复制一份，其实不是这样的。

17 楼 逸情公子 2013-05-25  

引用

晓璐学长 关于7和8楼的回复求解释一下啊

七楼的说的已经很清楚了啊，八楼提出的问题，我在10楼画图分析了呀

16 楼 破晓之刃 2013-05-25  

晓璐学长 关于7和8楼的回复求解释一下啊

15 楼 wawxy2009 2013-03-24  

楼主分析的很不错

14 楼 在世界的中心呼喚愛 2013-02-06  

好文章。
还没有那个功底，有了再看！！

13 楼 逸情公子 2011-12-05  

之前，对于基本数据类型的情况，我使用到了“常量池”的概念，可能大家对“常量池”的理解有点不同，对原文我已做了修改，避免使用了这个概念。不过基本数据类型在内存中的具体存储情况文章中已给出。希望大家有什么意见的可以继续发表评论~

12 楼 luliangy 2011-12-05  

考虑过常量那个东东，不过小路学长也太厉害了！

11 楼 lflei 2011-12-04  

LZ研究的很透彻，学习了

10 楼 逸情公子 2011-12-04  

如果还有人对8楼的问题有疑问可以看下下面的分析图：

9 楼 miroku 2011-12-04  

syx278250658 写道

java传参：
void change(Point p) {
   p = new Point();
}
void test() {
   Point p = null;
   change(p);
   sysout(p);//p is null
}

具体来说 就这形参中的P和test方法里的p不是同一个  当chang方法退出的时候。栈帧退出，所以chanag方法的一切都消失 ，但是，test方法里的p还是存在的，由此，更是证明，java是按值传递

8 楼 syx278250658 2011-12-04  

java传参：
void change(Point p) {
   p = new Point();
}
void test() {
   Point p = null;
   change(p);
   sysout(p);//p is null
}

7 楼 miroku 2011-12-04  

另外，就是，基本类型的变量是不会放在常量池的，如果是字面值，那么编译的时候会直接用实际值代替，对于字符串字面值，只所以放在常量池，是为了效率和减少因为重复分配而导致的内存浪费

6 楼 miroku 2011-12-04  

基本类型貌似分析的不对，"=="其实，是比较2个变量的内容的，因为在java里，基本类型和引用类型都可以用16位字节表示，当变量实际是一个对象的引用的时候，该变量存的是一个整型，这个整型是代表对象在内存中的地址，所以，基本类型和引用类型比较的都是该变量的值，只不过，引用类型指向了一个对象，所以，错觉上是比较指向

5 楼 somaliarookie 2011-12-04  

楼主的帖子名如其实

4 楼 Jonathan樊 2011-12-04  

学习了~~好好研究一下~~LZ好有耐心

3 楼 凍龙熙 2011-12-04  

受教了

2 楼 风子柒 2011-12-04  

用ITeye写博客，还能有这么好的排版，着实佩服额
分析得这么仔细，还真是痴情额

1 楼 stormhouse 2011-12-04  

列举的很细，学习了