Java內(nèi)存分配原理解析-java 內(nèi)存流

1、Java內(nèi)存分配原理解析-java 內(nèi)存流本文章講述了Java內(nèi)存分配原理解析-java 內(nèi)存流.2010年11月29日J(rèn)AVA內(nèi)存分配與管理是Java的核心技術(shù)之一,之前我們?cè)榻B過(guò)Java的內(nèi)存管理與內(nèi)存泄露以及Java垃圾回收方面的知識(shí),今天我們?cè)俅紊钊隞ava核心,詳細(xì)介紹一下Java在內(nèi)存分配方面的知識(shí)。一般Java在內(nèi)存分配時(shí)會(huì)涉及到以下區(qū)域:寄存器:我們?cè)诔绦蛑袩o(wú)法控制棧:存放基本類型的數(shù)據(jù)和對(duì)象的引用,但對(duì)象本身不存放在棧中,而是存放在堆中堆:存放用new產(chǎn)生的數(shù)據(jù)靜態(tài)域:存放在對(duì)象中用static定義的靜態(tài)成員常量池:存放常量非RAM存儲(chǔ):硬盤(pán)等永久存儲(chǔ)空間Java內(nèi)存分配中

2、的棧在函數(shù)中定義的一些基本類型的變量數(shù)據(jù)和對(duì)象的引用變量都在函數(shù)的棧內(nèi)存中分配。當(dāng)在一段代碼塊定義一個(gè)變量時(shí),Java就在棧中 為這個(gè)變量分配內(nèi)存空間,當(dāng)該變量退出該作用域后,Java會(huì)自動(dòng)釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間,該內(nèi)存空間可以立即被另作他用。Java內(nèi)存分配中的堆堆內(nèi)存用來(lái)存放由new創(chuàng)建的對(duì)象和數(shù)組。 在堆中分配的內(nèi)存,由Java虛擬機(jī)的自動(dòng)垃圾回收器來(lái)管理。在堆中產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)組或?qū)ο蠛?還可以在棧中定義一個(gè)特殊的變量,讓棧中這個(gè)變量的取值等于數(shù)組或?qū)ο笤诙褍?nèi)存中的首地址,棧中的這個(gè)變量就成了數(shù)組或?qū)ο蟮囊米兞俊?引用變量就相當(dāng)于是為數(shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€(gè)名稱,以后就可以在程序中使用

3、棧中的引用變量來(lái)訪問(wèn)堆中的數(shù)組或?qū)ο?。引用變量就相?dāng)于是為數(shù)組或者對(duì)象起的一個(gè)名稱。引用變量是普通的變量,定義時(shí)在棧中分配,引用變量在程序運(yùn)行到其作用域之外后被釋放。而數(shù)組和對(duì)象本身在堆中分配,即使程序 運(yùn)行到使用 new 產(chǎn)生數(shù)組或者對(duì)象的語(yǔ)句所在的代碼塊之外,數(shù)組和對(duì)象本身占據(jù)的內(nèi)存不會(huì)被釋放,數(shù)組和對(duì)象在沒(méi)有引用變量指向它的時(shí)候,才變?yōu)槔?不能在被使用,但仍然占據(jù)內(nèi)存空間不放,在隨后的一個(gè)不確定的時(shí)間被垃圾回收器收走(釋放掉)。這也是 Java 比較占內(nèi)存的原因。實(shí)際上,棧中的變量指向堆內(nèi)存中的變量,這就是Java中的指針!常量池 (constant pool)常量池指的是在編譯期被確

4、定,并被保存在已編譯的.class文件中的一些數(shù)據(jù)。除了包含代碼中所定義的各種基本類型(如int、long等等)和對(duì)象型(如String及數(shù)組)的常量值(final)還包含一些以文本形式出現(xiàn)的符號(hào)引用,比如:類和接口的全限定名;字段的名稱和描述符;方法和名稱和描述符。虛擬機(jī)必須為每個(gè)被裝載的類型維護(hù)一個(gè)常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個(gè)有序集和,包括直接常量(string,integer和 floating point常量)和對(duì)其他類型,字段和方法的符號(hào)引用。對(duì)于String常量,它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在內(nèi)存當(dāng)中是以表的形式存在的,對(duì)于String類型,有一張固定長(zhǎng)度的

5、CONSTANT_String_info表用來(lái)存儲(chǔ)文字字符串值,注意:該表只存儲(chǔ)文字字符串值,不存儲(chǔ)符號(hào)引用。說(shuō)到這里,對(duì)常量池中的字符串值的存儲(chǔ)位置應(yīng)該有一個(gè)比較明了的理解了。在程序執(zhí)行的時(shí)候,常量池 會(huì)儲(chǔ)存在Method Area,而不是堆中。堆與棧Java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū),類的(對(duì)象從中分配空間。這些對(duì)象通過(guò)new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令建立,它們不需要程序代碼來(lái)顯式的釋放。堆是由垃圾回收來(lái)負(fù)責(zé)的,堆的優(yōu)勢(shì)是可以動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存大小,生存期也不必事先告訴編譯器,因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的,Java的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使

6、用的數(shù)據(jù)。但缺點(diǎn)是,由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存,存取速度較慢。棧的優(yōu)勢(shì)是,存取速度比堆要快,僅次于寄存器,棧數(shù)據(jù)可以共享。但缺點(diǎn)是,存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是 確定的,缺乏靈活性。棧中主要存放一些基本類型的變量數(shù)據(jù)(int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和對(duì)象句柄(引用)。棧有一個(gè)很重要的特殊性,就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時(shí)定義:int a = 3;int b = 3;編譯器先處理int a = 3;首先它會(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量為a的引用,然后查找棧中是否有3這個(gè)值,如果本文章講述了Java內(nèi)存分配原理解析-j

7、ava 內(nèi)存流(2).沒(méi)找到,就將3存放進(jìn)來(lái),然后將a指向3。接著處理int b = 3;在創(chuàng)建完b的引用變量后,因?yàn)樵跅Ｖ幸呀?jīng)有3這個(gè)值,便將b直接指向3。這樣,就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。這時(shí),如果再令 a=4;那么編譯器會(huì)重新搜索棧中是否有4值,如果沒(méi)有,則將4存放進(jìn)來(lái),并令a指向4;如果已經(jīng)有了,則直接將a指向這個(gè)地址。因此a值的改變不會(huì)影響 到b的值。要注意這種數(shù)據(jù)的共享與兩個(gè)對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象的這種共享是不同的,因?yàn)檫@種情況a的修改并不會(huì)影響到b, 它是由編譯器完成的,它有利于節(jié)省空間。而一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài),會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象引用變量。Strin

8、g是一個(gè)特殊的包裝類數(shù)據(jù)?？梢杂?String str = new String(abc);String str = abc;兩種的形式來(lái)創(chuàng)建,第一種是用new()來(lái)新建對(duì)象的,它會(huì)在存放于堆中。每調(diào)用一次就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。而第二種是先在棧中創(chuàng)建一個(gè)對(duì)String類的對(duì)象引用變量str,然后通過(guò)符號(hào)引用去字符串常量池里找有沒(méi)有abc,如果沒(méi)有,則將abc存放進(jìn)字符串常量池 ,并令str指向abc,如果已經(jīng)有abc 則直接令str指向abc。比較類里面的數(shù)值是否相等時(shí),用equals()方法;當(dāng)測(cè)試兩個(gè)包裝類的引用是否指向同一個(gè)對(duì)象時(shí),用=,下面用例子說(shuō)明上面的理論。String str1

9、= abc;String str2 = abc;System.out.println(str1=str2); /true可以看出str1和str2是指向同一個(gè)對(duì)象的。String str1 =new String (abc);String str2 =new String (abc);System.out.println(str1=str2); / false用new的方式是生成不同的對(duì)象。每一次生成一個(gè)。因此用第二種方式創(chuàng)建多個(gè)abc字符串,在內(nèi)存中 其實(shí)只存在一個(gè)對(duì)象而已. 這種寫(xiě)法有利與節(jié)省內(nèi)存空間. 同時(shí)它可以在一定程度上提高程序的運(yùn)行速度,因?yàn)镴VM會(huì)自動(dòng)根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實(shí)際情況來(lái)決定

10、是否有必要?jiǎng)?chuàng)建新對(duì)象。而對(duì)于String str = new String(abc);的代碼,則一概在堆中創(chuàng)建新對(duì)象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要?jiǎng)?chuàng)建新對(duì)象,從而加重了程序的負(fù)擔(dān)。另 一方面, 要注意: 我們?cè)谑褂弥T如String str = abc;的格式定義類時(shí),總是想當(dāng)然地認(rèn)為,創(chuàng)建了String類的對(duì)象str。擔(dān)心陷阱!對(duì)象可能并沒(méi)有被創(chuàng)建!而可能只是指向一個(gè)先前已經(jīng)創(chuàng)建的對(duì)象。只有通過(guò)new()方法才能保證每次都創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。由于String類的immutable性質(zhì),當(dāng)String變量需要經(jīng)常變換 其值時(shí),應(yīng)該考慮使用StringBuffer類,以提高程序效率。1. 首

11、先String不屬于8種基本數(shù)據(jù)類型,String是一個(gè)對(duì)象。因?yàn)閷?duì)象的默認(rèn)值是null,所以String的默認(rèn)值也是null;但它又是一種特殊的對(duì)象,有其它對(duì)象沒(méi)有的一些特性。2. new String()和new String()都是申明一個(gè)新的空字符串,是空串不是null;3. String str=kvill;String str=new String (kvill)的區(qū)別示例:String s0=kvill;String s1=kvill;String s2=kv + ill;System.out.println( s0=s1 );System.out.println( s0=s2

12、);結(jié)果為:truetrue首先,我們要知結(jié)果為道JAVA 會(huì)確保一個(gè)字符串常量只有一個(gè)拷貝。因?yàn)槔又械?s0和s1中的kvill都是字符串常量,它們?cè)诰幾g期就被確定了,所以s0=s1為true;而kv和ill也都是字符串常量,當(dāng)一個(gè)字符串由多個(gè)字符串常量連接而成時(shí),它自己肯定也是字符串常量,所以s2也同樣在編譯期就被解析為一個(gè)字符串常量,所以s2也是常量池中 kvill的一個(gè)引用。所以我們得出s0=s1=s2;用new String() 創(chuàng)建的字符串不是常量,不能在編譯本文章講述了Java內(nèi)存分配原理解析-java 內(nèi)存流(3).期就確定,所以new String() 創(chuàng)建的字符串不放入常

13、量池中,它們有自己的地址空間。示例:String s0=kvill;String s1=new String(kvill);String s2=kv + new String(ill);System.out.println( s0=s1 );System.out.println( s0=s2 );System.out.println( s1=s2 );結(jié)果為:falsefalsefalse例2中s0還是常量池中kvill的應(yīng)用,s1因?yàn)闊o(wú)法在編譯期確定,所以是運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的新對(duì)象kvill的引用,s2因?yàn)橛泻蟀氩糠?new String(ill)所以也無(wú)法在編譯期確定,所以也是一個(gè)新創(chuàng)建對(duì)象kv

14、ill的應(yīng)用;明白了這些也就知道為何得出此結(jié)果了。4. Sern():再補(bǔ)充介紹一點(diǎn):存在于.class文件中的常量池,在運(yùn)行期被JVM裝載,并且可以擴(kuò)充。 String的 intern()方法就是擴(kuò)充常量池的 一個(gè)方法;當(dāng)一個(gè)String實(shí)例str調(diào)用intern()方法時(shí),Java 查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量,如果有,則返回其的引用,如果沒(méi)有,則在常量池中增加一個(gè)Unicode等于str的字符串并返回它的引用;看示例就清楚了示例:String s0= kvill;String s1=new String(kvill);String s2=new St

15、ring(kvill);System.out.println( s0=s1 );System.out.println( * );ern();s2=ern(); /把常量池中kvill的引用賦給s2System.out.println( s0=s1);System.out.println( s0=ern() );System.out.println( s0=s2 );結(jié)果為:falsefalse /雖然執(zhí)行了ern(),但它的返回值沒(méi)有賦給s1true /說(shuō)明ern()返回的是常量池中kvill的引用true最后我再破除一個(gè)錯(cuò)誤的理解:

16、有人說(shuō),使用 Sern() 方法則可以將一個(gè) String 類的保存到一個(gè)全局 String 表中 ,如果具有相同值的 Unicode 字符串已經(jīng)在這個(gè)表中,那么該方法返回表中已有字符串的地址,如果在表中沒(méi)有相同值的字符串,則將自己的地址注冊(cè)到表中如果我把他說(shuō)的這個(gè)全局的 String 表理解為常量池的話,他的最后一句話,如果在表中沒(méi)有相同值的字符串,則將自己的地址注冊(cè)到表中是錯(cuò)的:示例:String s1=new String(kvill);String s2=ern();System.out.println( s1=ern() );System.o

17、ut.println( s1+ +s2 );System.out.println( s2=ern() );結(jié)果:falsekvill kvilltrue在這個(gè)類中我們沒(méi)有聲名一個(gè)kvill常量,所以常量池中一開(kāi)始是沒(méi)有kvill的,當(dāng)我們調(diào)用ern()后就在常量池中新添加了一個(gè)kvill常量,原來(lái)的不在常量池中的kvill仍然存在,也就不是將自己的地址注冊(cè)到常量池中了。s1=ern() 為false說(shuō)明原來(lái)的kvill仍然存在;s2現(xiàn)在為常量池中kvill的地址,所以有s2=ern()為true。5. 關(guān)于equals()和=:這個(gè)對(duì)于Strin

18、g簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是比較兩字符串的Unicode序列是否相當(dāng),如果相等返回true;而=是 比較兩字符串的地址是否相同,也就是是否是同一個(gè)字符串的引用。6. 關(guān)于String是不可變的這一說(shuō)又要說(shuō)很多,大家只 要知道String的實(shí)例一旦生成就不會(huì)再改變了,比如說(shuō):String str=kv+ill+ +a本文章講述了Java內(nèi)存分配原理解析-java 內(nèi)存流(4).ns; 就是有4個(gè)字符串常量,首先kv和ill生成了kvill存在內(nèi)存中,然后kvill又和 生成 kvill 存在內(nèi)存中,最后又和生成了kvill ans;并把這個(gè)字符串的地址賦給了str,就是因?yàn)镾tring的不可變產(chǎn)生了很多臨時(shí)變

19、量,這也就是為什么建議用StringBuffer的原因了,因?yàn)镾tringBuffer是可改變的。下面是一些String相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題:String中的final用法和理解final StringBuffer a = new StringBuffer(111);final StringBuffer b = new StringBuffer(222);a=b;/此句編譯不通過(guò)final StringBuffer a = new StringBuffer(111);a.append(222);/ 編譯通過(guò)可見(jiàn),final只對(duì)引用的值(即內(nèi)存地址)有效,它迫使引用只能指向初始指向的那個(gè)對(duì)象,改變它的

20、指向會(huì)導(dǎo)致編譯期錯(cuò)誤。至于它所指向的對(duì)象 的變化,final是不負(fù)責(zé)的。String常量池問(wèn)題的幾個(gè)例子下面是幾個(gè)常見(jiàn)例子的比較分析和理解:String a = a1;String b = a + 1;System.out.println(a = b); /result = trueString a = atrue;String b = a + true;System.out.println(a = b); /result = trueString a = a3.4;String b = a + 3.4;System.out.println(a = b); /result = true分析:J

21、VM對(duì)于字符串常量的+號(hào)連接,將程序編譯期,JVM就將常量字符串的+連接優(yōu)化為連接后的值,拿a + 1來(lái)說(shuō),經(jīng)編譯器優(yōu)化后在class中就已經(jīng)是a1。在編譯期其字符串常量的值就確定下來(lái),故上面程序最終的結(jié)果都為true。String a = ab;String bb = b;String b = a + bb;System.out.println(a = b); /result = false分析:JVM對(duì)于字符串引用,由于在字符串的+連接中,有字符串引用存在,而引用的值在程序編譯期是無(wú)法確定的,即a + bb無(wú)法被編譯器優(yōu)化,只有在程序運(yùn)行期來(lái)動(dòng)態(tài)分配并將連接后的新地址賦給b。所以上面程序的

22、結(jié)果也就為false。String a = ab;final String bb = b;String b = a + bb;System.out.println(a = b); /result = true分析:和3中唯一不同的是bb字符串加了final修飾,對(duì)于final修飾的變量,它在編譯時(shí)被解析為常量值的一個(gè)本地拷貝存儲(chǔ)到自己的常量 池中或嵌入到它的字節(jié)碼流中。所以此時(shí)的a + bb和a + b效果是一樣的。故上面程序的結(jié)果為true。String a = ab;final String bb = getBB();String b = a + bb;System.out.println(a = b); /result = falseprivate static String getBB() return b;分析:JVM對(duì)于字符串引用bb,它的值在編譯期無(wú)法確定,只有在程序運(yùn)行期調(diào)用方法后,將方