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java程序運(yùn)行時(shí)內(nèi)存如何分配
一、 基本概念
每運(yùn)行一個(gè)java程序會(huì)產(chǎn)生一個(gè)java進(jìn)程，每個(gè)java進(jìn)程可能包含一個(gè)或者多個(gè)線程，每一個(gè)Java進(jìn)程對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)JVM實(shí)例，每一個(gè)JVM實(shí)例唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)堆，每一個(gè)線程有一個(gè)自己私有的棧。進(jìn)程所創(chuàng)建的所有類(lèi)的實(shí)例（也就是對(duì)象）或數(shù)組（指的是數(shù)組的本身，不是引用）都放在堆中,并由該進(jìn)程所有的線程共享。Java中分配堆內(nèi)存是自動(dòng)初始化的，即為一個(gè)對(duì)象分配內(nèi)存的時(shí)候，會(huì)初始化這個(gè)對(duì)象中變量。雖然Java中所有對(duì)象的存儲(chǔ)空間都是在堆中分配的，但是這個(gè)對(duì)象的引用卻是在棧中分配,也就是說(shuō)在建立一個(gè)對(duì)象時(shí)在堆和棧中都分配內(nèi)存，在堆中分配的內(nèi)存實(shí)際存放這個(gè)被創(chuàng)建的對(duì)象的本身，而在棧中分配的內(nèi)存只是存放指向這個(gè)堆對(duì)象的引用而已。局部變量 new 出來(lái)時(shí)，在棧空間和堆空間中分配空間，當(dāng)局部變量生命周期結(jié)束后，�？臻g立刻被回收，堆空間區(qū)域等待GC回收。
具體的概念：JVM的內(nèi)存可分為3個(gè)區(qū)：堆(heap)、棧(stack)和方法區(qū)(method，也叫靜態(tài)區(qū))：
堆區(qū):
1.存儲(chǔ)的全部是對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都包含一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的class的信息(class的目的是得到操作指令) ；
2.jvm只有一個(gè)堆區(qū)(heap)，且被所有線程共享，堆中不存放基本類(lèi)型和對(duì)象引用，只存放對(duì)象本身和數(shù)組本身；
棧區(qū):
1.每個(gè)線程包含一個(gè)棧區(qū)，棧中只保存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型本身和自定義對(duì)象的引用；
2.每個(gè)棧中的數(shù)據(jù)(原始類(lèi)型和對(duì)象引用)都是私有的，其他棧不能訪問(wèn)；
3.棧分為3個(gè)部分：基本類(lèi)型變量區(qū)、執(zhí)行環(huán)境上下文、操作指令區(qū)(存放操作指令)；
方法區(qū)（靜態(tài)區(qū)）:
1.被所有的線程共享，方法區(qū)包含所有的class（class是指類(lèi)的原始代碼，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)類(lèi)的對(duì)象，首先要把該類(lèi)的代碼加載到方法區(qū)中，并且初始化）和static變量。
2.方法區(qū)中包含的都是在整個(gè)程序中永遠(yuǎn)唯一的元素，如class，static變量。
二、實(shí)例演示
AppMain.java
public class AppMain //運(yùn)行時(shí), jvm 把a(bǔ)ppmain的代碼全部都放入方法區(qū) { public static void main(String[] args) //main 方法本身放入方法區(qū)。 { Sample test1 = new Sample( " 測(cè)試1 " ); //test1是引用，所以放到棧區(qū)里， Sample是自定義對(duì)象應(yīng)該放到堆里面 Sample test2 = new Sample( " 測(cè)試2 " ); test1.printName(); test2.printName(); } } public class Sample //運(yùn)行時(shí), jvm 把a(bǔ)ppmain的信息都放入方法區(qū) { /** 范例名稱(chēng) */ private String name; //new Sample實(shí)例后， name 引用放入棧區(qū)里, name 對(duì)應(yīng)的 String 對(duì)象放入堆里 /** 構(gòu)造方法 */ public Sample(String name) { this .name = name; } /** 輸出 */ public void printName() //在沒(méi)有對(duì)象的時(shí)候，print方法跟隨sample類(lèi)被放入方法區(qū)里。 { System.out.println(name); } }
運(yùn)行該程序時(shí)，首先啟動(dòng)一個(gè)Java虛擬機(jī)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程首先從classpath中找到AppMain.class文件，讀取這個(gè)文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后把Appmain類(lèi)的類(lèi)信息存放到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)中，這就是AppMain類(lèi)的加載過(guò)程。
接著，Java虛擬機(jī)定位到方法區(qū)中AppMain類(lèi)的Main()方法的字節(jié)碼，開(kāi)始執(zhí)行它的指令。這個(gè)main()方法的第一條語(yǔ)句就是：
復(fù)制代碼 代碼如下:
Sample test1=new Sample("測(cè)試1");
該語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程：
1、 Java虛擬機(jī)到方法區(qū)找到Sample類(lèi)的類(lèi)型信息，沒(méi)有找到，因?yàn)镾ample類(lèi)還沒(méi)有加載到方法區(qū)（這里可以看出，java中的內(nèi)部類(lèi)是單獨(dú)存在的，而且剛開(kāi)始的時(shí)候不會(huì)跟隨包含類(lèi)一起被加載，等到要用的時(shí)候才被加載）。Java虛擬機(jī)立馬加載Sample類(lèi)，把Sample類(lèi)的類(lèi)型信息存放在方法區(qū)里。
2、 Java虛擬機(jī)首先在堆區(qū)中為一個(gè)新的Sample實(shí)例分配內(nèi)存, 并在Sample實(shí)例的內(nèi)存中存放一個(gè)方法區(qū)中存放Sample類(lèi)的類(lèi)型信息的內(nèi)存地址。
3、 JVM的進(jìn)程中，每個(gè)線程都會(huì)擁有一個(gè)方法調(diào)用棧，用來(lái)跟蹤線程運(yùn)行中一系列的方法調(diào)用過(guò)程，棧中的每一個(gè)元素就被稱(chēng)為棧幀，每當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)方法的時(shí)候就會(huì)向方法棧壓入一個(gè)新幀。這里的幀用來(lái)存儲(chǔ)方法的參數(shù)、局部變量和運(yùn)算過(guò)程中的臨時(shí)數(shù)據(jù)。
4、位于“=”前的Test1是一個(gè)在main()方法中定義的一個(gè)變量（一個(gè)Sample對(duì)象的引用），因此，它被會(huì)添加到了執(zhí)行main()方法的主線程的JAVA方法調(diào)用棧中。而“=”將把這個(gè)test1變量指向堆區(qū)中的Sample實(shí)例。
5、JVM在堆區(qū)里繼續(xù)創(chuàng)建另一個(gè)Sample實(shí)例，并在main方法的方法調(diào)用棧中添加一個(gè)Test2變量，該變量指向堆區(qū)中剛才創(chuàng)建的Sample新實(shí)例。
6、JVM依次執(zhí)行它們的printName()方法。當(dāng)JAVA虛擬機(jī)執(zhí)行test1.printName()方法時(shí)，JAVA虛擬機(jī)根據(jù)局部變量test1持有的引用，定位到堆區(qū)中的Sample實(shí)例，再根據(jù)Sample實(shí)例持有的引用，定位到方法去中Sample類(lèi)的類(lèi)型信息，從而獲得printName()方法的字節(jié)碼，接著執(zhí)行printName()方法包含的指令，開(kāi)始執(zhí)行。
三、辨析
在Java語(yǔ)言里堆(heap)和棧(stack)里的區(qū)別 ：
1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來(lái)在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C++不同，Java自動(dòng)管理?xiàng)：投�，程序員不能直接地設(shè)置棧或堆。
2. 棧的優(yōu)勢(shì)是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。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。另外，棧數(shù)據(jù)可以共享（詳見(jiàn)下面的介紹）。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，Java的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(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。
Java中的2種數(shù)據(jù)類(lèi)型：
一種是基本類(lèi)型(primitive types), 共有8類(lèi)，即int, short, long, byte, float, double, boolean, 注意，并沒(méi)有string的基本類(lèi)型)。這種類(lèi)型的定義是通過(guò)諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來(lái)定義的，稱(chēng)為自動(dòng)變量。自動(dòng)變量存的是字面值，不是類(lèi)的實(shí)例，即不是類(lèi)的引用，這里并沒(méi)有類(lèi)的存在。如int a = 3; 這里的a是一個(gè)指向int類(lèi)型的引用，指向3這個(gè)字面值。這些字面值的數(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個(gè)程序塊里面，程序塊退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。
棧有一個(gè)很重要的特性: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，然后查找有沒(méi)有字面值為3的地址，如果沒(méi)找到，就開(kāi)辟一個(gè)存放3這個(gè)字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個(gè)字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。
這種字面值的引用與類(lèi)對(duì)象的引用不同。假定兩個(gè)類(lèi)對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象，如果一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，那么另一個(gè)對(duì)象引用變量也即刻反映出這個(gè)變化。相反，通過(guò)字面值的引用來(lái)修改其值，不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a與 b的值后，再令a=4；那么，b不會(huì)等于4，還是等于3。在編譯器內(nèi)部，遇到a=4；時(shí)，它就會(huì)重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒(méi)有，重新開(kāi)辟地址存放4的值；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。
另一種是包裝類(lèi)數(shù)據(jù)，如Integer, String, Double等將相應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型包裝起來(lái)的類(lèi)。這些類(lèi)數(shù)據(jù)全部存在于堆中，Java用new()語(yǔ)句來(lái)顯示地告訴編譯器，在運(yùn)行時(shí)才根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建，因此比較靈活，但缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)間。
四、總結(jié)
java內(nèi)存分配條理還是很清楚的，如果要徹底搞懂，可以去查閱JVM相關(guān)的書(shū)籍。在java中，內(nèi)存分配最讓人頭疼的是String對(duì)象，由于其特殊性，所以很多程序員容易搞混淆，下一篇文章再詳細(xì)講解。
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