Java堆(heap)与栈(stack)

本文深入解析Java内存管理中的栈与堆,包括它们的特点、区别以及如何在实际开发中合理使用栈与堆,提升程序性能。
1.1 Java栈
Java栈是与每一个线程关联的,JVM在创建每一个线程的时候,会分配一定的栈空间给线程。它主要用来存储线程执行过程中的局部变量,方法的返回值,以及方法调用上下文。栈空间随着线程的终止而释放。
StackOverflowError:如果在线程执行的过程中,栈空间不够用,那么JVM就会抛出此异常,这种情况一般是死递归造成的。
1.2 堆
Java中堆是由所有的线程共享的一块内存区域,堆用来保存各种JAVA对象,比如数组,线程对象等。


[b]1.Java自动管理堆(heap)和栈(stack)[/b]

堆(heap)与栈(stack)都是Java用来在内存中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理堆(heap)和栈(stack),程序员不能直接地设置栈(stack)或堆(heap)。

[b]2. 栈快堆慢,栈静堆动,栈左堆右[/b]

栈(stack)的优势是,存取速度比堆(heap)要快,仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是,存在栈(stack)中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈(stack)数据可以共享,详见第3点。堆(heap)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。

[b]3. 基本类型存在于栈(stack)中,数据可以共享[/b]

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(stack)中。另外,栈(stack)有一个很重要的特殊性,就是存在栈(stack)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(stack)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(stack)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(stack)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。

栈中的数据大小和生命周期是可以确定的,当没有引用指向数据时,这个数据就会消失。堆中的对象的由垃圾回收器负责回收,因此大小和生命周期不需要确定,具有很大的灵活性。
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