Java栈与堆 ----对这两个概念的不明好久,终于找到一篇好文,拿来共享 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:
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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。
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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:
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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:
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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(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。
复制内容到剪贴板代码:
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。

解决方案 »

  1.   

    建议自己去看java虚拟机规范,不要相信这个帖子的话。
      

  2.   

    期待楼上几位给出合理的解释, 为什么80%的是错误的。这个帖子没有提到String.intern方法, 这个方法是很适合在这个文章中说的。
      

  3.   

    大体分析一下
    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。
    //栈都是由运行环境来处理的,这点C++和java没有什么不同.对于堆,不过java多了个GC.
    2.这里的堆和栈首先要明确是虚拟机栈,和寄存器根本不是一个级别的东西,就别比较了.
    3.栈数据共享好像是作者自己创造的概念.而且给基本类型也引入了"引用"的概念,不知道出于何种打算.
    java虚拟机规范中说:Primitive values do not share state with other primitive values. A variable whose type is a primitive type always holds a primitive value of that type.
    看一下实际的处理情况:
           int a=3;
           int b=3;
           int c=65535;
           int d=65535;
           int e=32330;
           int f=32330;
    看对应的虚拟机指令,可以知道变量里实际存储的是什么:
    Code:
       0:        iconst_3   //3
       1:        istore_1
       2:        iconst_3   //3
       3:        istore_2
       4:        ldc        #2; //int 65535
       6:        istore_3
       7:        ldc        #2; //int 65535
       9:        istore        4
       11:        sipush        32330
       14:        istore        5
       16:        sipush        32330
       19:        istore        6
       21:        return
    可以看出每个变量保存自己的值.(具体指令的意义参考java虚拟机规范)
    这里要注意的是对于int值,如果它大于short能表示的范围,则放到常量池中去.
    11:        sipush        32330
       14:        istore        5
    这句,11-13,正好是3个字节的指令大小,一个字节是sipush指令,2个字节用来存储32330这个数.两次使用到这个数,都是把它直接存给变量的,所以原贴中一直强调的"栈中共享" 的说法明显不对.
    对于65535,它是大于两个字节的,编译的时候把它放入常量池部分,而把取这个数的指令写为ldc#2,我感觉这样一个直观的好处是减少了指令代码的长度.尤其是多次使用到一个相同的数时.    其实,java 对变量的处理很简单,基本类型变量存放值,引用类型存放一个"引用" (实际就是一个"指针" ,以前曾经和别人讨论过,很多人认为是个"句柄",并举了很多证据,但是我后来看到了sun的java hotspot白皮书,里面直接说明了,引用实际就是一个c的"指针" ,使用句柄需要多次间接查找,会带来效率的瓶颈,当然这个指针并不是直接指向实际的对象,实际指向的是一个两个机器字大小的对象头,对于数组是3个机器字大小的对象头,因为还要保存数组的长度) .
    java设计时保留基本类型而不把一切都设计为对象,就是出于效率考虑,如果对于基本类型再通过"引用"去查找值,何苦呢?
    4.String也是包装类? 这应该也是作者自己定义了包装类的概念,去java语言规范里看看什么是wrapper class.
    5.Integer i = 3;编译器如何处理?
    sun的编译器是这样处理的:
    Integer i=Integer.valueOf(3);
    而不是通过new来创建了,因为Integer类中静态的创建了-128~+127之间的对象,需要的数在这个范围之内时,直接返回,此范围之外的数才通过new来创建.
    简单测试.
    Integer i=3;
    Integer j=3;
    我们测试i==j会发现它是true.
    String str = new String("abc");去看String类的构造方法会发现,这里用的是String(String original)来创建的,也就是说用一个String来创建一个String,"abc"编译的时候编译器会把它加入常量池部分.不知道原贴所谓的包装类是如何得来的.
    csdn 的java版有个“推荐”的专门讲String常量池的帖子,很不错。
    5."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。 "又没有分清编译器和虚拟机的职责分配.编译器会把"abc"放入常量池,并记住它在常量池中的位置,别的地方用到的时候编译器直接生成ldc指令来制定了,不会让jvm去找,去开辟地址等等.
    7.原贴明显不知道常量池的存在,好像是把常量池的数据都认为是"栈"的了.
         java新增了StringBuilder来处理可变字符串,如果不需要多线程环境,应该首先选择这个,而不是StringBuffer.
      

  4.   

    我也想说这个文章有些错误
    另外有点我不明白的是:我的一个类Class Test{int i;}的实例test,看来像是在堆中的,因为它是一个对象,但test.i是一个整形,它又应该是栈里的。
    到底test在堆里还是栈里?test.i呢
      

  5.   

    对象(包括对象内部的数据)在堆里。
    局部变量才放到栈里。
    推荐深入java虚拟机一书,里面画了很多图,很容易看懂。
      

  6.   

    局部变量是针对谁说的?有main的那个类?
    还是说Class Test{void test(){int i;}} test=new Test();
    里面的test是堆的,而i是栈里的
    谢谢
    (我有深入java虚拟机,当时买就是想搞懂这些堆啊栈啊的,但还是没看懂)
      

  7.   

    楼上真的是高手啊,这个坛子里面有几个可以达到zangxt大侠的水平呢?
      

  8.   

    这些底层知识确实对于深入了解有帮助, 谢谢ZangXT.
      

  9.   

    Class Test{void test(){int i;}} test=new Test(); 
    里面的test是堆的,而i是栈里的 
    ????本人做Symbian的,怎么无法理解这句话.
    i是对象test的一个成员变量,test放到了堆上,i怎么到了栈上去了?
      

  10.   

    真是受教了,java基础知识还是很总要的
      

  11.   

    并非如此
    局部变量放在栈上,和其类型没有关系,当其生命周期一过,系统自动回收分配给它的内存.
    在c/c++里,只有new出来或者malloc出来的变量,才将其放入堆,Java里想必也一样.我觉得如果这样声明Test test();对象
    test就是放到栈上了,不过对象放在栈上会占用宝贵的栈空间.Java里new出来的对象不需要程序员自己释放资源(delete掉),我想问问JAVA高手JAVA虚拟机内部是如何处理的
      

  12.   

    光看了int a=3; int b=3;的解引用,我受不了了。
    还是别看了。
    错误太多了。
      

  13.   

    java所有的对象都必须通过new来创建,都在堆里。这里字符串是个特殊,可能只在常量池里。数组有特殊的初始化语法,编译器会处理。
    java不像C++有栈里的对象。
      

  14.   

    这么长的内容...................没怎么看,但也感觉错误很多.
    要理解方法区的概念,基本的变量的值直接它在它本身就可以储存,没必要去创建堆来存在.
    看看JVM的书可以理解更多
      

  15.   

    慢慢学习PS: 
    我的目标是 ----> ^_^
      

  16.   

    现在重视的是框架
    框架搭建好交给coder去编码
    coder再怎么蹦也蹦不出框架
    所以只要是一般水平的代码写的烂点对整个系统没影响
      

  17.   

    初学JAVA,不太懂,希望多指教。
      

  18.   

    MARKG 一下,有时间慢慢看