Java 記憶體配置淺析

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Java程式運行在JVM(Java Virtual Machine，Java虛擬機器)上，可以把JVM理解成Java程式和作業系統之間的橋樑，JVM實現了Java的平台無關性，由此可見JVM的重要性。所以在學習Java記憶體配置原理的時候一定要牢記這一切都是在JVM中進行的，JVM是記憶體配置原理的基礎與前提。

簡單通俗的講，一個完整的Java程式運行過程會涉及以下記憶體地區：
寄存器：JVM內部虛擬寄存器，存取速度非常快，程式不可控制。

棧：儲存局部變數的值，包括：1.用來儲存基礎資料型別 (Elementary Data Type)的值；2.儲存類的執行個體，即堆區對象的引用(指標)。也可以用來儲存載入方法時的幀。

堆：用來存放動態產生的資料，比如new出來的對象。注意建立出來的對象只包含屬於各自的成員變數，並不包括成員方法。因為同一個類的對象擁有 各自的成員變數，儲存在各自的堆中，但是他們共用該類的方法，並不是每建立一個對象就把成員方法複製一次。

常量池：JVM為每個已載入的類型維護一個常量池，常量池就是這個類型用到的常量的一個有序集合。包括直接常量(基本類型，String)和對其他類型、方法、欄位的符號引用(1)。池中的資料和數組一樣通過索引訪問。由於常量池包含了一個類型所有的對其他類型、方法、欄位的符號引用，所以常量池在Java的動態連結中起了核心作用。常量池存在於堆中。

程式碼片段：用來存放從硬碟上讀取的來源程式代碼。

資料區段：用來存放static定義的靜態成員。

下面是記憶體表示圖：

中大致描述了Java記憶體配置，接下來通過執行個體詳細講解Java程式是如何在記憶體中啟動並執行。

預備知識：
1.一個Java檔案，只要有main入口方法，我們就認為這是一個Java程式，可以單獨編譯運行。
2.無論是普通類型的變數還是參考型別的變數(俗稱執行個體)，都可以作為局部變數，他們都可以出現在棧中。只不過普通類型的變數在棧中直接儲存它所對應的值，而參考型別的變數儲存的是一個指向堆區的指標，通過這個指標，就可以找到這個執行個體在堆區對應的對象。因此，普通類型變數只在棧區佔用一塊記憶體，而參考型別變數要在棧區和堆區各佔一塊記憶體。

樣本：

1.JVM自動尋找main方法，執行第一句代碼，建立一個Test類的執行個體，在棧中分配一塊記憶體，存放一個指向堆區對象的指標110925。
2.建立一個int型的變數date，由於是基本類型，直接在棧中存放date對應的值9。
3.建立兩個BirthDate類的執行個體d1、d2，在棧中分別存放了對應的指標指向各自的對象。他們在執行個體化時調用了有參數的構造方法，因此對象中有自訂初始值。

調用test對象的change1方法，並且以date為參數。JVM讀到這段代碼時，檢測到i是局部變數，因此會把i放在棧中，並且把date的值賦給i。

把1234賦給i。很簡單的一步。

change1方法執行完畢，立即釋放局部變數i所佔用的棧空間。

調用test對象的change2方法，以執行個體d1為參數。JVM檢測到change2方法中的b參數為局部變數，立即加入到棧中，由於是參考型別的變數，所以b中儲存的是d1中的指標，此時b和d1指向同一個堆中的對象。在b和d1之間傳遞是指標。

change2方法中又執行個體化了一個BirthDate對象，並且賦給b。在內部執行過程是：在堆區new了一個對象，並且把該對象的指標儲存在棧中的b對應空間，此時執行個體b不再指向執行個體d1所指向的對象，但是執行個體d1所指向的對象並無變化，這樣無法對d1造成任何影響。

change2方法執行完畢，立即釋放局部引用變數b所佔的棧空間，注意只是釋放了棧空間，堆空間要等待自動回收。

調用test執行個體的change3方法，以執行個體d2為參數。同理，JVM會在棧中為局部引用變數b分配空間，並且把d2中的指標存放在b中，此時d2和b指向同一個對象。再調用執行個體b的setDay方法，其實就是調用d2指向的對象的setDay方法。

調用執行個體b的setDay方法會影響d2，因為二者指向的是同一個對象。

change3方法執行完畢，立即釋放局部引用變數b。

以上就是Java程式運行時記憶體配置的大致情況。其實也沒什麼，掌握了思想就很簡單了。無非就是兩種類型的變數：基本類型和參考型別。二者作為局部變數，都放在棧中，基本類型直接在棧中儲存值，參考型別只儲存一個指向堆區的指標，真正的對象在堆裡。作為參數時基本類型就直接傳值，參考型別傳指標。
小結：

1.分清什麼是執行個體什麼是對象。Class a= new Class();此時a叫執行個體，而不能說a是對象。執行個體在棧中，對象在堆中，操作執行個體實際上是通過執行個體的指標間接操作對象。多個執行個體可以指向同一個對象。
2.棧中的資料和堆中的資料銷毀並不是同步的。方法一旦結束，棧中的局部變數立即銷毀，但是堆中對象不一定銷毀。因為可能有其他變數也指向了這個對象，直到棧中沒有變數指向堆中的對象時，它才銷毀，而且還不是馬上銷毀，要等記憶體回收掃描時才可以被銷毀。
3.以上的棧、堆、程式碼片段、資料區段等等都是相對於應用程式而言的。每一個應用程式都對應唯一的一個JVM執行個體，每一個JVM執行個體都有自己的記憶體地區，互不影響。並且這些記憶體地區是所有線程共用的。這裡提到的棧和堆都是整體上的概念，這些堆棧還可以細分。
4.類的成員變數在不同對象中各不相同，都有自己的儲存空間(成員變數在堆中的對象中)。而類的方法卻是該類的所有對象共用的，只有一套，對象使用方法的時候方法才被壓入棧，方法不使用則不佔用記憶體。

以上分析只涉及了棧和堆，還有一個非常重要的記憶體地區：常量池，這個地方往往出現一些莫名其妙的問題。常量池是幹嘛的上邊已經說明了，也沒必要理解多麼深刻，只要記住它維護了一個已載入類的常量就可以了。接下來結合一些例子說明常量池的特性。

預備知識：

基本類型和基本類型的封裝類。基本類型有：byte、short、char、int、long、boolean。基本類型的封裝類分別是：Byte、Short、Character、Integer、Long、Boolean。注意區分大小寫。二者的區別是：基本類型體現在程式中是普通變數，基本類型的封裝類是類，體現在程式中是引用變數。因此二者在記憶體中的儲存位置不同：基本類型儲存在棧中，而基本類型封裝類儲存在堆中。上邊提到的這些封裝類都實現了常量池技術，另外兩種浮點數類型的封裝類則沒有實現。另外，String類型也實現了常量池技術。

執行個體：

publicclasstest{publicstaticvoidmain(String[]args){       objPoolTest();}public static void objPoolTest(){        inti = 40;        inti0 = 40;        Integer i1 = 40;        Integer i2 = 40;        Integer i3 = 0;        Integer i4 = newInteger(40);        Integer i5 = newInteger(40);        Integer i6 = newInteger(0);        Double d1 = 1.0;        Double d2 = 1.0;        System.out.println("i=i0t"+(i==i0));        System.out.println("i1=i2t"+(i1==i2));        System.out.println("i1=i2+i3t"+(i1==i2+i3));        System.out.println("i4=i5t"+(i4==i5));        System.out.println("i4=i5+i6t"+(i4==i5+i6));        System.out.println("d1=d2t"+(d1==d2));        System.out.println();}}結果：i=i0truei1=i2truei1=i2+i3truei4=i5falsei4=i5+i6trued1=d2false

結果分析：

1.i和i0均是普通類型(int)的變數，所以資料直接儲存在棧中，而棧有一個很重要的特性：棧中的資料可以共用。當我們定義了int i = 40;，再定義int i0 = 40;這時候會自動檢查棧中是否有40這個資料，如果有，i0會直接指向i的40，不會再添加一個新的40。
2.i1和i2均是參考型別，在棧中儲存指標，因為Integer是封裝類。由於Integer封裝類實現了常量池技術，因此i1、i2的40均是從常量池中擷取的，均指向同一個地址，因此i1=12。
3.很明顯這是一個加法運算，Java的數學運算都是在棧中進行的，Java會自動對i1、i2進行拆箱操作轉化成整型，因此i1在數值上等於i2+i3。
4.i4和i5均是參考型別，在棧中儲存指標，因為Integer是封裝類。但是由於他們各自都是new出來的，因此不再從常量池尋找資料，而是從堆中各自new一個對象，然後各自儲存指向對象的指標，所以i4和i5不相等，因為他們所存指標不同，所指向對象不同。
5.這也是一個加法運算，和3同理。
6.d1和d2均是參考型別，在棧中儲存指標，因為Double是封裝類。但Double封裝類沒有實現常量池技術，因此Doubled1=1.0;相當於Double d1=new Double(1.0);，是從堆new一個對象，d2同理。因此d1和d2存放的指標不同，指向的對象不同，所以不相等。

小結：
1.以上提到的幾種基本類型封裝類均實現了常量池技術，但他們維護的常量僅僅是【-128至127】這個範圍內的常量，如果常量值超過這個範圍，就會從堆中建立對象，不再從常量池中取。比如，把上邊例子改成Integer i1 = 400; Integer i2 = 400;，很明顯超過了127，無法從常量池擷取常量，就要從堆中new新的Integer對象，這時i1和i2就不相等了。
2.String類型也實現了常量池技術，但是稍微有點不同。String型是先檢測常量池中有沒有對應字串，如果有，則取出來；如果沒有，則把當前的添加進去。
凡是涉及記憶體原理，一般都是博大精深的領域，切勿聽信一家之言，多讀些文章。我在這隻是淺析，裡邊還有很多陷阱，就留給讀者探索思考了。希望本文能對大家有所協助！

Java 記憶體配置淺析