堆栈方法区.docx

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堆栈方法区

JVM内存初学（堆（heap）、栈（stack）和方法区（method））2010-09-0815:

13:

28|分类：

java阅读77评论1字号：

大中小订阅这两天看了一下深入浅出JVM这本书，推荐给高级的java程序员去看，对你了解JAVA的底层和运行机制有比较大的帮助。

废话不想讲了.入主题：

先了解具体的概念：

JAVA的JVM的内存可分为3个区：

堆（heap）、栈（stack）和方法区（method）堆区:

1.存储的全部是对象，每个对象都包含一个与之对应的class的信息。

（class的目的是得到操作指令）2.jvm只有一个堆区（heap）被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身栈区:

1.每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用（不是对象），对象都存放在堆区中2.每个栈中的数据（原始类型和对象引用）都是私有的，其他栈不能访问。

3.栈分为3个部分：

基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区（存放操作指令）。

方法区:

1.又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。

方法区包含所有的class和static变量。

2.方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕，我们来准备2个小道具（2个非常简单的小程序）。

AppMain.javapublicclassAppMain//运行时,jvm把appmain的信息都放入方法区{publicstaticvoidmain（String[]args）//main方法本身放入方法区。

{Sampletest1=newSample（"测试1"）;//test1是引用，所以放到栈区里，Sample是自定义对象应该放到堆里面Sampletest2=newSample（"测试2"）;test1.printName（）;test2.printName（）;}}Sample.javapublicclassSample//运行时,jvm把appmain的信息都放入方法区{/**范例名称*/privatename;//newSample实例后，name引用放入栈区里，name对象放入堆里/**构造方法*/publicSample（Stringname）{this.name=name;}

/**输出*/publicvoidprintName（）//print方法本身放入方法区里。

{System.out.println（name）;}}OK，让我们开始行动吧，出发指令就是：

“javaAppMain”，包包里带好我们的行动向导图，Let’sGO！

系统收到了我们发出的指令，启动了一个Java虚拟机进程，这个进程首先从classpath中找到AppMain.class文件，读取这个文件中的二进制数据，然后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。

这一过程称为AppMain类的加载过程。

接着，Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main（）方法的字节码，开始执行它的指令。

这个main（）方法的第一条语句就是：

Sampletest1=newSample（"测试1"）;语句很简单啦，就是让java虚拟机创建一个Sample实例，并且呢，使引用变量test1引用这个实例。

貌似小case一桩哦，就让我们来跟踪一下Java虚拟机，看看它究竟是怎么来

执行这个任务的：

1、Java虚拟机一看，不就是建立一个Sample实例吗，简单，于是就直奔方法区而去，先找到Sample类的类型信息再说。

结果呢，嘿嘿，没找到@@，这会儿的方法区里还没有Sample类呢。

可Java虚拟机也不是一根筋的笨蛋，于是，它发扬“自己动手，丰衣足食”的作风，立马加载了Sample类，把Sample类的类型信息存放在方法区里。

2、好啦，资料找到了，下面就开始干活啦。

Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Sample实例分配内存,这个Sample实例持有着指向方法区的Sample类的类型信息的引用。

这里所说的引用，实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址，其实，就是有点类似于C语言里的指针啦~~，而这个地址呢，就存放了在Sample实例的数据区里。

3、在JAVA虚拟机进程中，每个线程都会拥有一个方法调用栈，用来跟踪线程运行中一系列的方法调用过程，栈中的每一个元素就被称为栈帧，每当线程调用一个方法的时候就会向方法栈压入一个新帧。

这里的帧用来存储方法的参数、局部变量和运算过程中的临时数据。

OK，原理讲完了，就让我们来继续我们的跟踪行动！

位于“=”前的Test1是一个在main（）方法中定义的变量，可见，它是一个局部变量，因此，它被会添加到了执行main（）方法的主线程的JAVA方法调用栈中。

而“=”将把这个test1变量指向堆区中的Sample实例，也就是说，它持有指向Sample实例的引用。

OK，到这里为止呢，JAVA虚拟机就完成了这个简单语句的执行任务。

参考我们的行动向导图，我们终于初步摸清了JAVA虚拟机的一点点底细了，COOL！

接下来，JAVA虚拟机将继续执行后续指令，在堆区里继续创建另一个Sample实例，然后依次执行它们的printName（）方法。

当JAVA虚拟机执行test1.printName（）方法时，JAVA虚拟机根据局部变量test1持有的引用，定位到堆区中的Sample实例，再根据Sample实例持有的引用，定位到方法去中Sample类的类型信息，从而获得printName（）方法的字节码，接着执行printName（）方法包含的指令。

<三>在windows中使用taskmanager查看java进程使用的内存时，发现有时候会超过-Xmx制定的内存大小，-Xmx指定的是javaheap，java还要分配内存做其他的事情，包括为每个线程建立栈。

VM的每个线程都有自己的栈空间，栈空间的大小限制vm的线程数量，太大了，实用的线程数减少，太小容易抛出java.lang.StackOverflowError异常。

windows默认为1M，linux必须运行ulimit-s2048。

在C语言里堆（heap）和栈（stack）里的区别简单的可以理解为：

heap：

是由malloc之类函数分配的空间所在地。

地址是由低向高增长的。

stack：

是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。

地址是由高向低减少。

一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分1、栈区（stack）—由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。

其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、在Java语言里堆（heap）和栈（stack）里的区别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（primitivetypes）,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inta=3;longb=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inta=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inta=3;intb=3；编译器先处理inta=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intb=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.每个JVM的线程都有自己的私有的栈空间，随线程创建而创建，java的stack存放的是frames，java的stack和c的不同，只是存放本地变量，返回值和调用方法，不允许直接push和popframes，因为frames可能是有heap分配的，所以j为ava的stack分配的内存不需要是连续的。

java的heap是所有线程共享的，堆存放所有runtimedata，里面是所有的对象实例和数组，heap是JVM启动时创建。

5.String是一个特殊的包装类数据。

即可以用Stringstr=newString（"abc"）;的形式来创建，

也可以用Stringstr="abc"；的形式来创建（作为对比，在JDK5.0之前，你从未见过Integeri=3;的表达式，因为类与字面值是不能通用的，除了String。

而在JDK5.0中，这种表达式是可以的！

因为编译器在后台进行Integeri=newInteger（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Stringstr="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Stringstr="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：

Stringstr；

（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Stringstr="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。

Stringstr1="abc";Stringstr2="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：

Stringstr1="abc";Stringstr2="abc";str1="bcd";System.out.println（str1+","+str2）;//bcd,abcSystem.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：

Stringstr1="abc";Stringstr2="abc";str1="bcd";Stringstr3=str1;

System.out.println（str3）;//bcdStringstr4="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。

Stringstr1=newString（"abc"）;Stringstr2="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。

Stringstr1="abc";Stringstr2=newString（"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Stringstr="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Stringstr="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Stringstr=newString（"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。