Java 記憶體整理——堆、棧、常量池

標籤：

Java 記憶體配置:

1. 寄存器
我們在程式中無法控制

2. 棧
存放基本類型的變數資料，局部變數，和對象的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆（new 出來的對象）或者常量池中（字串常量對象存放在常量池中。）

3. 堆
存放用new產生的對象，數組。

為了給記憶體回收行程使用，堆主要分成三個地區，分別叫作New Generation，Old Generation或叫Tenured Generation，以及Perm space。New Generation是用來存放建立的對象的空間，在對象建立的時候被使用。如果長時間還使用的話，它們會被記憶體回收行程移動到Old Generation(或叫Tenured Generation)。Perm space是JVM存放Meta資料的地方，例如類，方法，字串池和類層級的詳細資料。

在JVM中，如果98%的時間是用於GC（垃圾收集）且可用的heap size 不足2% 時 會報 記憶體溢出異常 Java Heap space

預設空餘堆記憶體小於40%時，JVM就會增大堆直到最大限制。空餘堆大於70%時，JVM會減小堆到最小限制。因此伺服器上，一般將二者設為相等的值，以避免在每次GC後調整堆的大小。

調整heap space方法

-Xms 初始堆大小 -Xmx 最大堆大小。在大多數32位機、Sun的JVM上，Java的堆空間預設的大小為128MB。

堆大小受三方面影響：

l 相關作業系統的資料模型 是32位還是64位 32位Windows：堆大小 一般限制在1.5G到2G/ 32位Linux：堆大小 一般限制在2G到3G 64位作業系統無限制。

l 系統可用虛擬記憶體限制

l 系統可用實體記憶體限制 初始 -Xms實體記憶體的1/64 最大-Xmx 實體記憶體的1/4

4. 靜態域
存放在對象中用static定義的靜態成員

5. 常量池
存放字串常量和基本類型常量（public static final）。

 

我們主要關心棧，堆和常量池

 

棧：

l 在函數中定義的一些基本類型的變數和對象的引用變數都在函數的棧記憶體中分配。

l 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，當超過變數的範圍後，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。存取速度快，僅次於寄存器。

l 棧中的資料大小和生命週期是可以確定的，當沒有引用指向資料時，這個資料就會消失

l 資料可以共用

l 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。

 

 

堆

l 需要運行時動態分配記憶體，因此存取速度慢

l 堆中的對象的由記憶體回收行程負責回收，因此大小和生命週期不需要確定，具有很大的靈活性。

 

常量池

l 存放字串常量和基本類型變數，比如String str1=”abc”; 實際上”abc”是在常量池裡邊。

l 在程式執行的時候,常量池 會儲存在Method Area,而不是堆中。

 

 

棧中資料的可共用性

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。

 

對於基礎類型的變數和常量：變數和引用儲存在棧中，常量儲存在常量池中。

如以下代碼：

int i1 = 9;

int i2 = 9;

int i3 = 9;

public static final int INT1 = 9;

public static final int INT2 = 9;

public static final int INT3 = 9;

 

對於String

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，然後通過符號引用去字串常量池 裡找有沒有"abc",如果沒有，則將"abc"存放進字串常量池 ，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。

 

因此用第二種方式建立多個"abc"字串,在記憶體中 其實只存在一個對象而已. 這種寫法有利與節省記憶體空間. 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。

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"；的格式定義類時，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，即為常量池中資料的共用性。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immutable性質，當String變數需要經常變換 其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程式效率。

String 特性

1. 首先String不屬於8種基礎資料型別 (Elementary Data Type)，String是一個對象。因為對象的預設值是null，所以String的預設值也是null；但它又是一種特殊的對象，有其它對象沒有的一些特性。

2. new String()和new String("")都是申明一個新的Null 字元串，是空串不是null；

3. String str="vill"；String str=new String ("kvill")的區別

 

樣本1：

String s0="kvill";

String s1="kvill";

String s2="kv" + "ill";

System.out.println( s0==s1 ); //true

System.out.println( s0==s2 ); //true

 

首先，我們要知結果為道JAVA 會確保一個字串常量只有一個拷貝。

 

因為例子1中的 s0和s1中的"kvill"都是字串常量，它們在編譯期就被確定了，放在常量池中，所以s0==s1為true；而"kv"和"ill"也都是字串常量，當一個字串由多個字串常量串連而成時，它自己肯定也是字串常量，所以s2也同樣在編譯期就被解析為一個字串常量，所以s2也是常量池中"kvill"的一個引用。此時我們應該知道，常量池中只有一個字串 "kvill"所以我們得出s0==s1==s2；用new String() 建立的字串不是常量，不能在編譯期就確定，所以new String() 建立的字串不放入常量池中，它們有自己的地址空間。

 

樣本2：

String s0="kvill";

String s1=new String("kvill");

String s2="kv" + new String("ill");

System.out.println( s0==s1 ); //false

System.out.println( s0==s2 ); //false

System.out.println( s1==s2 ); //false

 

例2中s0還是常量池中"kvill"的引用，s1因為無法在編譯期確定，所以是運行時建立的新對象"kvill"的引用，s2因為有後半部分 new String("ill")所以也無法在編譯期確定，所以也是一個新建立對象"kvill"的應用，明白了這些也就知道為何得出此結果了。

 

4. String.intern()：

存在於.class檔案中的常量池，在運行期被JVM裝載，並且可以擴充。String的 intern()方法就是擴充常量池的 一個方法；當一個String執行個體str調用intern()方法時，Java 尋找常量池中 是否有相同Unicode的字串常量，如果有，則返回其的引用，如果沒有，則在常量池中增加一個Unicode等於str的字串並返回它的引用；看樣本就清楚了

 

樣本：

 

String s0= "kvill";

String s1=new String("kvill");

String s2=new String("kvill");

System.out.println( s0==s1 ); //false 一個是常量池引用 一個是堆中對象引用

System.out.println( "**********" );

s1.intern(); //尋找常量池，如果沒有kvill 則建立，此時，由於存在，所以不建立

s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用賦給s2

System.out.println( s0==s1); // false雖然執行了s1.intern(),但它的傳回值沒有賦給s1 此時s1還是指向堆中

System.out.println( s0==s1.intern() ); // true ,s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用

System.out.println( s0==s2 ); //true s2此時指向常量池kvill

 

 

最後我再破除一個錯誤的理解：有人說，“使用 String.intern() 方法則可以將一個 String 類的儲存到一個全域 String 表中 ，如果具有相同值的 Unicode 字串已經在這個表中，那麼該方法返回表中已有字串的地址，如果在表中沒有相同值的字串，則將自己的地址註冊到表中”如果我把他說的這個全域的 String 表理解為常量池的話，他的最後一句話，”如果在表中沒有相同值的字串，則將自己的地址註冊到表中”是錯的：

 

樣本：

 

String s1=new String("kvill");

String s2=s1.intern();

System.out.println( s1==s1.intern() ); //false s1 還是指向堆

System.out.println( s1+" "+s2 ); // kvill kvill

System.out.println( s2==s1.intern() ); //true

 

在這個類中我們沒有聲名一個"kvill"常量，所以常量池中一開始是沒有"kvill"的，當我們調用s1.intern()後就在常量池中新添加了一 個"kvill"常量，原來的不在常量池中的"kvill"仍然存在，也就不是“將自己的地址註冊到常量池中”了。

 

s1==s1.intern() 為false說明原來的堆中的"kvill"仍然存在；s2現在為常量池中"kvill"的地址，所以有s2==s1.intern()為true。

 

5. 關於equals()和==:

 

這個對於String簡單來說就是比較兩字串的Unicode序列是否相當，如果相等返回true;而==是 比較兩字串的地址是否相同，也就是是否是同一個字串的引用。

 

6. 關於String是不可變的

 

這一說又要說很多，大家只 要知道String的執行個體一旦產生就不會再改變了，比如說：String str="kv"+"ill"+" "+"ans"; 就是有4個字串常量，首先"kv"和"ill"產生了"kvill"存在記憶體中，然後"kvill"又和" " 產生 "kvill "存在記憶體中，最後又和產生了"kvill ans";並把這個字串的地址賦給了str,就是因為String的”不可變”產生了很多臨時變數，這也就是為什麼建議用StringBuffer的原 因了，因為StringBuffer是可改變的。

 

下面是一些String相關的常見問題：

 

String中的final用法和理解

final StringBuffer a = new StringBuffer("111");

final StringBuffer b = new StringBuffer("222");

a=b;//此句編譯不通過 final StringBuffer a = new StringBuffer("111");

a.append("222");// 編譯通過

 

可見，final只對引用的"值"(即記憶體位址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那個對象，改變它的指向會導致編譯期錯誤。至於它所指向的對象 的變化，final是不負責的。

 

 

String常量池問題的幾個例子

 

下面是幾個常見例子的比較分析和理解：

 

String a = "a1";

String b = "a" + 1;

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

String a = "atrue";

String b = "a" + "true";

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

String a = "a3.4";

String b = "a" + 3.4;

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

 

分析：JVM對於字串常量的"+"號串連，將程式編譯期，JVM就將常量字串的"+"串連最佳化為串連後的值，拿"a" + 1來說，經編譯器最佳化後在class中就已經是a1。在編譯期其字串常量的值就確定下來，尋找常量池中存在"a1"，故上面程式最終的結果都為true。

 

String a = "ab";

String bb = "b";

String b = "a" + bb;

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

 

分析：JVM對於字串引用，由於在字串的"+"串連中，有字串引用存在，而引用的值在程式編譯期是無法確定的，即"a" + bb無法被編譯器最佳化，只有在程式運行期來動態分配並將串連後的新地址賦給b。所以上面程式的結果也就為false。

 

String a = "ab";

final String bb = "b";

String b = "a" + bb;

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

 

分析：和[3]中唯一不同的是bb字串加了final修飾，對於final修飾的變數，它在編譯時間被解析為常量值的一個本地拷貝儲存到自己的常量池中或嵌入到它的位元組碼流中。所以此時的"a" + bb和"a" + "b"效果是一樣的。故上面程式的結果為true。

 

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對於字串引用bb，它的值在編譯期無法確定，只有在程式運行期調用方法後，將方法的傳回值和"a"來動態串連並分配地址為b，故上面 程式的結果為false。

 

通過上面4個例子可以得出得知：

String s = "a" + "b" + "c"; 就等價於String s = "abc";

 

 

String a = "a";

String b = "b";

String c = "c";

String s = a + b + c;

這個就不一樣了，最終結果等於：

StringBuffer temp = new StringBuffer();

temp.append(a).append(b).append(c);

String s = temp.toString();

 

由上面的分析結果，可就不難推斷出String 採用串連運算子（+）效率低下原因分析，形如這樣的代碼：

 

public class Test {

 

public static void main(String args[]) {

 

String s = null;

 

for(int i = 0; i < 100; i++) {

 

s += "a";

 

}

 

}

 

}

 

每做一次 + 就產生個StringBuilder對象，然後append後就扔掉。下次迴圈再到達時重新產生個StringBuilder對象，然後 append 字串，如此迴圈直至結束。如果我們直接採用 StringBuilder 對象進行 append 的話，我們可以節省 N - 1 次建立和銷毀對象的時間。所以對於在迴圈中要進行字串連線應用程式，一般都是用StringBuffer或StringBulider對象來進行 append操作。

 

String對象的intern方法理解和分析：

 

public class Test4 {

 

private static String a = "ab";

 

public static void main(String[] args){

 

String s1 = "a";

 

String s2 = "b";

 

String s = s1 + s2;

 

System.out.println(s == a);//false

 

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

 

}

 

}

 

這裡用到JAVA裡面是一個常量池的問題。對於s1+s2操作，其實是在堆裡面重新建立了一個新的對象,s儲存的是這個新對象在堆空間的的內容，所 以s與a的值是不相等的。而當調用s.intern()方法，卻可以返回s在常量池中的地址值，因為a的值儲存在常量池中，故s.intern和a的值相等。

 

總結

 

棧中用來存放一些未經處理資料類型的局部變數資料和對象的引用(String,數組.對象等等)但不存放對象內容堆中存放使用new關鍵字建立的對象.字串是一個特殊封裝類,其引用是存放在棧裡的,而對象內容必鬚根據建立方式不同定(常量池和堆).有的是編譯期就已經建立好，存放在字串常 量池中，而有的是運行時才被建立.使用new關鍵字，存放在堆中

（轉）Java 記憶體整理——堆、棧、常量池