Java核心之Java記憶體配置原理

Java核心之Java記憶體配置原理

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JAVA記憶體配置與管理是Java的核心技術之一，之前我們曾介紹過Java的記憶體管理與記憶體泄露以及Java記憶體回收方面的知識，今天我們再次深入Java核心，詳細介紹一下Java在記憶體配置方面的知識。

一般Java在記憶體配置時會涉及到以下地區：

寄存器：我們在程式中無法控制

棧：存放基本類型的資料和對象的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆中

堆：存放用new產生的資料

靜態域：存放在對象中用static定義的靜態成員

常量池：存放常量

非RAM儲存：硬碟等永久儲存空間

Java記憶體配置中的棧

在函數中定義的一些基本類型的變數資料和對象的引用變數都在函數的棧記憶體中分配。 當在一段代碼塊定義一個變數時，Java就在棧中為這個變數分配記憶體空間，當該變數退出該範圍後，Java會自動釋放掉為該變數所分配的記憶體空間，該記憶體空間可以立即被另作他用。

Java記憶體配置中的堆

堆記憶體用來存放由new建立的對象和數組。 在堆中分配的記憶體，由Java虛擬機器的自動記憶體回收行程來管理。

在堆中產生了一個數組或對象後，還可以在棧中定義一個特殊的變數，讓棧中這個變數的取值等於數組或對象在堆記憶體中的首地址，棧中的這個變數就成了數組或對象的引用變數。引用變數就相當於是為數組或對象起的一個名稱，以後就可以在程式中使用棧中的引用變數來訪問堆中的數組或對象。引用變數就相當於是為數組或者對象起的一個名稱。

引用變數是普通的變數，定義時在棧中分配，引用變數在程式運行到其範圍之外後被釋放。而數組和對象本身在堆中分配，即使程式運行到使用 new 產生數組或者對象的語句所在的代碼塊之外，數組和對象本身佔據的記憶體不會被釋放，數組和對象在沒有引用變數指向它的時候，才變為垃圾，不能在被使用，但仍然佔據記憶體空間不放，在隨後的一個不確定的時間被記憶體回收行程收走（釋放掉）。這也是 Java 比較占記憶體的原因。
實際上，棧中的變數指向堆記憶體中的變數，這就是Java中的指標！ 

常量池 （constant pool）

常量池指的是在編譯期被確定，並被儲存在已編譯的.class檔案中的一些資料。除了包含代碼中所定義的各種基本類型（如int、long等等）和對象型（如String及數組）的常量值（final）還包含一些以文本形式出現的符號引用，比如：

類和介面的全限定名；

欄位的名稱和描述符；

方法和名稱和描述符。

虛擬機器必須為每個被裝載的類型維護一個常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個有序集和，包括直接常量（string，integer和 floating point常量）和對其他類型，欄位和方法的符號引用。

棧記憶體和堆記憶體比較

  棧與堆都是 Java 用來在記憶體中存放資料的地方。與 C++不同,Java自動管理棧和堆,程式員不能直接地設定棧或堆。

Java 的堆是一個運行時資料區,對象從中分配空間。堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小,生存期也不必事先告訴編譯器,因為它是在運行時動態分配記憶體的。Java 的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的資料。但缺點是,由於要在運行時動態分配記憶體,存取速度較慢。 

棧的優勢是,存取速度比堆要快,僅次於寄存器,棧資料可以共用。但缺點是,存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的, 缺乏靈活性。棧中主要存放一些基本類型的變數 (int,short, long, byte, float, double, boolean, char)和物件控點（即對象的引用）。 

棧有一個很重要的特殊性,就是存在棧中的資料可以共用。假設我們同時定義:
int a = 3;
int b = 3;
編譯器先處理 int a = 3;首先它會在棧中建立一個變數為 a 的引用,然後尋找棧中是 否有 3 這個值,如果沒找到,就將 3存放進來,然後將 a 指向 3。接著處理 int b = 3;在建立完 b 的引用變數後,
因為在棧中已經有 3 這個值,便將 b 直接指向 3。這樣,就出現了a 與 b 同時均指向 3 的情況。
這時,如果再令 a=4;那麼編譯器 會重新搜尋棧中是否有 4 值,如果沒有,則將 4 存 放進來,並令 a 指向 4;如果已經有了,則直接將 a 指向這個地址。因此 a 值的改變不會影響到 b 的值。
要注意這種資料的共用與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共用是不同的,因為這種情況 a 的修改並不會影響到 b, 它是由編譯器完成的,它有利於節省空間的。而一個對象引用變數修改了這個對象的內部狀態,會影響到另一個對象引用變數。 

String的記憶體配置 

String 是一個特殊的封裝類資料。可以用: 
String str = new String("abc");
String str = "abc";
兩種的形式來建立,第一種是用 new()來建立對象的,它會在存放於堆中。每調用一次 就會建立一個新的對象。
  而第二種是先在棧中建立一個對 String 類的對象引用變數 str,然後尋找棧中有沒有存放"abc", 如果沒有, 則將"abc"存放進棧, 並令 str 指向”abc”,如果已經有”abc” 則直接令 str 指向“abc”。 

比較類裡面的數值是否相等時,用 equals()方法;當測試兩個封裝類的引用是否指向同一個對象時,用==,下面用例子說明上面的理論。 
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
可以看出 str1 和 str2 是指向同一個對象的。
String str1 = new String ("abc");
String str2 = new String ("abc");
System.out.println(str1==str2); // false
用 new 的方式是產生不同的對象。每一次產生一個。
因此用第一種方式建立多個”abc”字串,在記憶體中其實只存在一個對象而已。這種寫法有利於節省記憶體空間。同時它可以在一定程度上提高程式的運行速度,因為 JVM 會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新對象。 而對於 String str = new String("abc");的代碼,則一概在堆中建立新對象,而不管其字串值是否相等,是否有必要建立新對象,從而加重了程式的負擔。 

另一方面, 要注意: 我們在使用諸如 String str = "abc";的格式時,總是想當然地認為,建立了 String 類的對象 str。擔心陷阱!對象可能並沒有被建立!而可能只是指向一個先前已經建立的對象。 
只有通過 new()方法才能保證每次都建立一個新的對象。 由於 String 類的值不可變性(immutable) ,當 String 變數需要經常變換其值時,應該考慮使用 StringBuffer 或 StringBuilder 類,以提高程式效率。