知识大全深入Java核心 Java内存分配原理精讲

Posted 2022-07-19 常量

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　　Java内存分配与管理是Java的核心技术之一之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存泄露以及Java垃圾回收方面的知识今天我们再次深入Java核心详细介绍一下Java在内存分配方面的知识一般Java在内存分配时会涉及到以下区域

　　◆寄存器我们在程序中无法控制

　　◆栈存放基本类型的数据和对象的引用但对象本身不存放在栈中而是存放在堆中

　　◆堆存放用new产生的数据

　　◆静态域存放在对象中用static定义的静态成员

　　◆常量池存放常量

　　◆非RAM存储硬盘等永久存储空间

　　Java内存分配中的栈

　　在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配

　　当在一段代码块定义一个变量时 Java就在栈中为这个变量分配内存空间当该变量退出该作用域后 Java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间该内存空间可以立即被另作他用

　　Java内存分配中的堆

　　堆内存用来存放由new创建的对象和数组在堆中分配的内存由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理

　　在堆中产生了一个数组或对象后还可以在栈中定义一个特殊的变量让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象引用变量就相当于是为数组或者对象起的一个名称

　　引用变量是普通的变量定义时在栈中分配引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放而数组和对象本身在堆中分配即使程序运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外数组和对象本身占据的内存不会被释放数组和对象在没有引用变量指向它的时候才变为垃圾不能在被使用但仍然占据内存空间不放在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走（释放掉）这也是 Java 比较占内存的原因

　　实际上栈中的变量指向堆内存中的变量这就是Java中的指针！

　　常量池 (constant pool)

　　常量池指的是在编译期被确定并被保存在已编译的 class文件中的一些数据除了包含代码中所定义的各种基本类型（如int long等等）和对象型（如String及数组）的常量值(final)还包含一些以文本形式出现的符号引用比如

　　◆类和接口的全限定名

　　◆字段的名称和描述符

　　◆方法和名称和描述符

　　虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和包括直接常量（string integer和 floating point常量）和对其他类型字段和方法的符号引用

　　对于String常量它的值是在常量池中的而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的对于String类型有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值注意该表只存储文字字符串值不存储符号引用说到这里对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了

　　在程序执行的时候常量池会储存在Method Area 而不是堆中

　　堆与栈

　　Java的堆是一个运行时数据区类的(对象从中分配空间这些对象通过new newarray anewarray和multianewarray等指令建立它们不需要程序代码来显式的释放堆是由垃圾回收来负责的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因为它是在运行时动态分配内存的 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

　　栈的优势是存取速度比堆要快仅次于寄存器栈数据可以共享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栈中主要存放一些基本类型的变量数据（int short long byte float double boolean char）和对象句柄(引用)

　　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

　　Java代码

　　int a = ;

　　int b = ;

　　编译器先处理int a = 首先它会在栈中创建一个变量为a的引用然后查找栈中是否有这个值如果没找到就将存放进来然后将a指向接着处理int b = 在创建完b的引用变量后因为在栈中已经有这个值便将b直接指向这样就出现了a与b同时均指向的情况

　　这时如果再令 a= 那么编译器会重新搜索栈中是否有值如果没有则将存放进来并令a指向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

　　要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的因为这种情况a的修改并不会影响到b 它是由编译器完成的它有利于节省空间而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态会影响到另一个对象引用变量

　　String是一个特殊的包装类数据可以用

　　Java代码

　　String str = new String( abc );

　　String str = abc ;

　　两种的形式来创建第一种是用new()来新建对象的它会在存放于堆中每调用一次就会创建一个新的对象而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str 然后通过符号引用去字符串常量池里找有没有 abc 如果没有则将 abc 存放进字符串常量池并令str指向 abc 如果已经有 abc 则直接令str指向 abc

　　比较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== 下面用例子说明上面的理论

　　Java代码

　　String str = abc ;

　　System out println(str ==str ); //true

　　可以看出str 和str 是指向同一个对象的

　　Java代码

　　String str =new String ( abc );

　　System out println(str ==str ); // false

　　用new的方式是生成不同的对象每一次生成一个

　　因此用第二种方式创建多个 abc 字符串在内存中其实只存在一个对象而已这种写法有利与节省内存空间同时它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

　　另一方面要注意: 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创建了String类的对象str 担心陷阱！对象可能并没有被创建！而可能只是指向一个先前已经创建的对象只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象

　　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

　　首先String不属于种基本数据类型 String是一个对象因为对象的默认值是null 所以String的默认值也是null 但它又是一种特殊的对象有其它对象没有的一些特性

　　 new String()和new String( )都是申明一个新的空字符串是空串不是null

　　 String str= kvill String str=new String ( kvill )的区别

　　示例

　　Java代码

　　String s = kvill ;

　　String s = kv + ill ;

　　System out println( s ==s );

　　结果为

　　true

　　首先我们要知结果为道Java 会确保一个字符串常量只有一个拷贝

　　因为例子中的 s 和s 中的 kvill 都是字符串常量它们在编译期就被确定了所以s ==s 为true 而 kv 和 ill 也都是字符串常量当一个字符串由多个字符串常量连接而成时它自己肯定也是字符串常量所以s 也同样在编译期就被解析为一个字符串常量所以s 也是常量池中 kvill 的一个引用所以我们得出s ==s ==s 用new String() 创建的字符串不是常量不能在编译期就确定所以new String() 创建的字符串不放入常量池中它们有自己的地址空间

　　示例

　　Java代码

　　String s = kvill ;

　　String s =new String( kvill );

　　String s = kv + new String( ill );

　　System out println( s ==s );

　　结果为

　　false

　　例中s 还是常量池中 kvill 的应用 s 因为无法在编译期确定所以是运行时创建的新对象 kvill 的引用 s 因为有后半部分 new String( ill )所以也无法在编译期确定所以也是一个新创建对象 kvill 的应用;明白了这些也就知道为何得出此结果了

　　 String intern()

　　再补充介绍一点存在于 class文件中的常量池在运行期被JVM装载并且可以扩充 String的 intern()方法就是扩充常量池的一个方法当一个String实例str调用intern()方法时 Java 查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量如果有则返回其的引用如果没有则在常量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用看示例就清楚了

　　示例

　　Java代码

　　String s = kvill ;

　　String s =new String( kvill );

　　System out println( s ==s );

　　System out println( ********** );

　　s intern();

　　s =s intern(); //把常量池中 kvill 的引用赋给s

　　System out println( s ==s );

　　System out println( s ==s intern() );

　　System out println( s ==s );

　　结果为

　　false

　　false //虽然执行了s intern() 但它的返回值没有赋给s

　　true //说明s intern()返回的是常量池中 kvill 的引用

　　true

　　最后我再破除一个错误的理解有人说使用 String intern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中那么该方法返回表中已有字符串的地址如果在表中没有相同值的字符串则将自己的地址注册到表中如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话他的最后一句话如果在表中没有相同值的字符串则将自己的地址注册到表中是错的

　　示例

　　Java代码

　　String s =new String( kvill );

　　String s =s intern();

　　System out println( s ==s intern() );

　　System out println( s + +s );

　　System out println( s ==s intern() );

　　结果

　　false

　　kvill kvill

　　true

　　在这个类中我们没有声名一个 kvill 常量所以常量池中一开始是没有 kvill 的当我们调用s intern()后就在常量池中新添加了一个 kvill 常量原来的不在常量池中的 kvill 仍然存在也就不是将自己的地址注册到常量池中了

　　s ==s intern() 为false说明原来的 kvill 仍然存在 s 现在为常量池中 kvill 的地址所以有s ==s intern()为true

　　关于equals()和==:

　　这个对于String简单来说就是比较两字符串的Unicode序列是否相当如果相等返回true;而==是比较两字符串的地址是否相同也就是是否是同一个字符串的引用

　　关于String是不可变的

　　这一说又要说很多大家只要知道String的实例一旦生成就不会再改变了比如说 String str= kv + ill + + ans ; 就是有个字符串常量首先 kv 和 ill 生成了 kvill 存在内存中然后 kvill 又和生成 kvill 存在内存中最后又和生成了 kvill ans ;并把这个字符串的地址赋给了str 就是因为String的不可变产生了很多临时变量这也就是为什么建议用StringBuffer的原因了因为StringBuffer是可改变的

　　下面是一些String相关的常见问题

　　String中的final用法和理解

　　Java代码

　　final StringBuffer a = new StringBuffer( );

　　final StringBuffer b = new StringBuffer( );

　　a=b;//此句编译不通过

　　final StringBuffer a = new StringBuffer( );

　　a append( );// 编译通过

　　可见 final只对引用的值 (即内存地址)有效它迫使引用只能指向初始指向的那个对象改变它的指向会导致编译期错误至于它所指向的对象的变化 final是不负责的

　　String常量池问题的几个例子

　　下面是几个常见例子的比较分析和理解

　　Java代码

　　String a = a ;

　　String b = a + ;

　　System out println((a == b)); //result = true String a = atrue ;

　　String b = a + true ;

　　System out println((a == b)); //result = true String a = a ;

　　String b = a + ;

　　System out println((a == b)); //result = true

　　分析 JVM对于字符串常量的 + 号连接将程序编译期 JVM就将常量字符串的 + 连接优化为连接后的值拿 a + 来说经编译器优化后在class中就已经是a 在编译期其字符串常量的值就确定下来故上面程序最终的结果都为true

　　Java代码

　　String a = ab ;

　　String bb = b ;

　　String b = a + bb;

　　System out println((a == b)); //result = false

　　分析 JVM对于字符串引用由于在字符串的 + 连接中有字符串引用存在而引用的值在程序编译期是无法确定的即 a + bb无法被编译器优化只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b 所以上面程序的结果也就为false

　　Java代码

　　String a = ab ;

　　final String bb = b ;

　　String b = a + bb;

　　System out println((a == b)); //result = true

　　分析和[ ]中唯一不同的是bb字符串加了final修饰对于final修饰的变量它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量池中或嵌入到它的字节码流中所以此时的 a + bb和 a + b 效果是一样的故上面程序的结果为true

　　Java代码

　　String a = ab ;

　　final String bb = getBB();

　　String b = a + bb;

　　System out println((a == b)); //result = false

　　private static String getBB() return b ;

　　分析 JVM对于字符串引用bb 它的值在编译期无法确定只有在程序运行期调用方法后将方法的返回值和 a 来动态连接并分配地址为b 故上面程序的结果为false

　　通过上面个例子可以得出得知

　　String s = a + b + c ;

　　就等价于String s = abc ;

　　String a = a ;

　　String b = b ;

　　String c = c ;

　　String s = a + b + c;

　　这个就不一样了最终结果等于

　　Java代码

　　StringBuffer temp = new StringBuffer();

　　temp append(a) append(b) append(c);

　　String s = temp toString();

　　由上面的分析结果可就不难推断出String 采用连接运算符（+）效率低下原因分析形如这样的代码

　　Java代码

　　public class Test

　　public static void main(String args[])

　　String s = null;

　　for(int i = ; i < ; i++)

　　s += a ;

　　每做一次 + 就产生个StringBuilder对象然后append后就扔掉下次循环再到达时重新产生个StringBuilder对象然后 append 字符串如此循环直至结束如果我们直接采用 StringBuilder 对象进行 append 的话我们可以节省 N 次创建和销毁对象的时间所以对于在循环中要进行字符串连接的应用一般都是用StringBuffer或StringBulider对象来进行 append操作

　　String对象的intern方法理解和分析

　　Java代码

　　public class Test

　　private static String a = ab ;

　　public static void main(String[] args)

　　String s = a ;

　　String s = b ;

　　String s = s + s ;

　　System out println(s == a);//false

　　System out println(s intern() == a);//true

　　这里用到Java里面是一个常量池的问题对于s +s 操作其实是在堆里面重新创建了一个新的对象 s保存的是这个新对象在堆空间的的内容所以s与a的值是不相等的而当调用s intern()方法却可以返回s在常量池中的地址值因为a的值存储在常量池中故s intern和a的值相等

　　总结

　　栈中用来存放一些原始数据类型的局部变量数据和对象的引用(String 数组对象等等)但不存放对象内容

　　堆中存放使用new关键字创建的对象

cha138/Article/program/Java/hx/201311/26299

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