关于栈和堆

Question

那位高手能指教一下，从物理和java中说说内存中的栈和堆到底是什么？

Answer 1

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。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：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：String str1 = "abc";
String str2 = "abc";str1 = "bcd";String str3 = str1;
System.out.println(str3); //bcdString str4 = "bcd";
System.out.println(str1 == str4); //truestr3 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。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。

Answer 2

boyu_song(我这样会不会遭天谴，我只是想看看这个论坛的ID最大可) ：拜托你不要拿这个东西来害人！！！
那个作者是半桶水，这上面写的是错的！！！！！

Answer 3

to
hbwhwang(我是catmiw的马甲) 
老大。你写一下嘛。让大家学习学习。

Answer 4

我觉得，boyu_song 给出的内容，大部分还是对的。TO boyu_song: 你贴的这么多东西，想必不是现敲的字吧？出处在哪儿？能给我们指出来吗？我们也好去学习学习。

Answer 5

to
hbwhwang(我是catmiw的马甲) 你说是错的，那你给讲讲吧 ：）

Answer 6

to maquan:google上很多，只是调了一些COPY，我发现现在的人总是爱问，不去自己找答案

Answer 7

cyeahpro() huihui0103() :
这篇文章有个致命的错误，那就是“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。”
他引入了“字面值”的概念，对于基本数据类型而言，这根本就不存在！作JAVA的人不会愚蠢到int都用指针来实现的地步！
对于int变量而言，就是栈中的4字节，里面放的就是值，而绝对不是地址！！
比如
int a=3;
int b=3;
a=b+1;
JVM绝对不会先搞个字面值3，再搞个字面值4，在让a指向字面值4。学过点计算机原理的人都知道这点！！
a=b+1，就是把b的值和1搬到寄存器做了+法，然后把计算结果写回a。另一个错误是：
String str = "abc";"abc"是字符串常量，也就是一个字符数组，这个我虽然不明确JVM把它放在哪里，究竟是常量区，还是静态数据区，但我可以肯定不会放在栈区！
没有那个语言会把常量放在栈！栈很小，什么东西都往里面装，那是要它的命！
你看到的是"abc"，如果那是某某领导的长篇大论呢？

Answer 8

我支持楼上的说法,不要看到长篇大论就信以为真.int这种值类型用指针而不是值只能是自取其辱嘛,还找栈上有没有3啊4啊的,这不是浪费时间和心情嘛?支持hbwhwang(我是catmiw的马甲)

Answer 9

healer_kx(甘草(DotNeting)) ：
这篇文章在网上流行甚广，真是误人子弟啊。
我建议你写个堆栈的文章给大家看看，我的水平不够。

Answer 10

我来说吧, Java简化了基于函数栈方式的运行行为的内存空间.
至于内部是什么样的,都不是最重要的了,因为你不能操作那些内存.
我用C++来对比说明String的情况.让你理解的更加晕菜.
String == java.lang.String
string == c++, std::string
String a = "Hello"; 和 String a = new String("Hello");
由于Java的String所封装的内存内容具有final形状,所以是不是生成了新的对象,其实都不是一个重要的事情.而这个"Hello"资源是不是在堆上也不重要.
关键是它是否在栈上, 我以前看过资料有的说在,有的说不在.但是我认为字符串资源都是不可能存在于栈上的.
而 c++里 string a = "Hello";
它的流程是把静态区的Hello,拷贝到栈上的.
不同版本的STL有不同管理这块堆对象的做法,通常是引用计数机制的.而Python也是用了这种机制(底层就是C嘛)javaString值的常量性,把那些堆栈的复杂性都给消除了.你只要认为字符串资源都是在堆上就可以了.Integer i = 5;这玩意在DotNet里叫做装箱/拆箱.没有什么神秘的,无非是面对程序员的书写而已.

Answer 11

上文说错了...!!!
faint,一个不小心就错了,
string a = "Hello";是把静态区上的"Hello"拷贝到堆上(在STL里可能是堆上内存池空间)

Answer 12

所谓内存的final性质,就是说String a = "Hello";
a[2] = 'L';这种操作是不存在的,而这种性质的操作被放到了StringBuffer里(C#是StringBuilder,肯定是学Java的... ...)
但是这样的操作在C/C++里很普遍的,
string a = "Hello";
string b = a;
a[2] = 'L';这种操作是可以的,就是内存内容是非const的.
但是b又不会改变,就是传说中的copy on write技术了.因为这种final(const)的性质,所以堆栈在Java里,其实不用分辨的很清楚了.