java中記憶體配置策略及堆和棧的比較

java中記憶體配置策略及堆和棧的比較
2.1 記憶體配置策略
按照編譯原理的觀點,程式運行時的記憶體配置有三種策略,分別是靜態,棧式的,和堆式的.
靜態儲存分配是指在編譯時間就能確定每個資料目標在運行時刻的儲存空間需求,因而在編譯時間就可以給他們分配固定的記憶體空間.這種分配策略要求程式碼中不允許有可變資料結構(比如可變數組)的存在,也不允許有嵌套或者遞迴的結構出現,因為它們都會導致編譯器無法計算準確的儲存空間需求.

棧式儲存分配也可稱為動態儲存裝置分配,是由一個類似於堆棧的運行棧來實現的.和靜態儲存分配相反,在棧式儲存方案中,程式對資料區的需求在編譯時間是完全未知的,只有到啟動並執行時候才能夠知道,但是規定在運行中進入一個程式模組時,必須知道該程式模組所需的資料區大小才能夠為其分配記憶體.和我們在資料結構所熟知的棧一樣,棧式儲存分配按照先進後出的原則進行分配。

靜態儲存分配要求在編譯時間能知道所有變數的儲存要求,棧式儲存分配要求在過程的入口處必須知道所有的儲存要求,而堆式儲存分配則專門負責在編譯時間或運行時模組入口處都無法確定儲存要求的資料結構的記憶體配置,比如可變長度串和對象執行個體.堆由大片的可利用塊或空閑塊組成,堆中的記憶體可以按照任意順序分配和釋放.

2.2 堆和棧的比較
上面的定義從編譯原理的教材中總結而來,除靜態儲存分配之外,都顯得很呆板和難以理解,下面撇開靜態儲存分配,集中比較堆和棧:
從堆和棧的功能和作用來通俗的比較,堆主要用來存放對象的，棧主要是用來執行程式的.而這種不同又主要是由於堆和棧的特點決定的:
在編程中，例如C/C++中，所有的方法調用都是通過棧來進行的,所有的局部變數,形式參數都是從棧中分配記憶體空間的。實際上也不是什麼分配,只是從棧頂向上用就行,就好像工廠中的傳送帶(conveyor belt)一樣,Stack Pointer會自動指引你到放東西的位置,你所要做的只是把東西放下來就行.退出函數的時候，修改棧指標就可以把棧中的內容銷毀.這樣的模式速度最快, 當然要用來運行程式了.需要注意的是,在分配的時候,比如為一個即將要調用的程式模組分配資料區時,應事Crowdsourced Security Testing道這個資料區的大小,也就說是雖然分配是在程式運行時進行的,但是分配的大小多少是確定的,不變的,而這個"大小多少"是在編譯時間確定的,不是在運行時.

堆是應用程式在啟動並執行時候請求作業系統分配給自己記憶體，由於從作業系統管理的記憶體配置,所以在分配和銷毀時都要佔用時間，因此用堆的效率非常低.但是堆的優點在於,編譯器不必知道要從堆裡分配多少儲存空間，也不必知道儲存的資料要在堆裡停留多長的時間,因此,用堆儲存資料時會得到更大的靈活性。事實上,物件導向的多態性,堆記憶體配置是必不可少的,因為多態變數所需的儲存空間只有在運行時建立了對象之後才能確定.在C++中，要求建立一個對象時，只需用 new命令編製相關的代碼即可。執行這些代碼時，會在堆裡自動進行資料的儲存.當然，為達到這種靈活性，必然會付出一定的代價:在堆裡分配儲存空間時會花掉更長的時間！這也正是導致我們剛才所說的效率低的原因,看來列寧同志說的好,人的優點往往也是人的缺點,人的缺點往往也是人的優點(暈~).

2.3 JVM中的堆和棧
JVM是基於堆棧的虛擬機器.JVM為每個新建立的線程都分配一個堆棧.也就是說,對於一個Java程式來說，它的運行就是通過對堆棧的操作來完成的。堆棧以幀為單位儲存線程的狀態。JVM對堆棧只進行兩種操作:以幀為單位的壓棧和出棧操作。

我們知道,某個線程正在執行的方法稱為此線程的當前方法.我們可能不知道,當前方法使用的幀稱為當前幀。當線程啟用一個Java方法,JVM就會線上程的 Java堆棧裡新壓入一個幀。這個幀自然成為了當前幀.在此方法執行期間,這個幀將用來儲存參數,局部變數,中間計算過程和其他資料.這個幀在這裡和編譯原理中的活動紀錄的概念是差不多的.

從Java的這種分配機制來看,堆棧又可以這樣理解:堆棧(Stack)是作業系統在建立某個進程時或者線程(在支援多線程的作業系統中是線程)為這個線程建立的儲存地區，該地區具有先進後出的特性。

每一個Java應用都唯一對應一個JVM執行個體，每一個執行個體唯一對應一個堆。應用程式在運行中所建立的所有類執行個體或數組都放在這個堆中,並由應用所有的線程共用.跟C/C++不同，Java中分配堆記憶體是自動初始化的。Java中所有對象的儲存空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配,也就是說在建立一個對象時從兩個地方都分配記憶體，在堆中分配的記憶體實際建立這個對象，而在堆棧中分配的記憶體只是一個指向這個堆對象的指標(引用)而已。