浅谈 java堆栈和内存分配原理

在java中我们把java内存分为两种一种是栈内存,一种则是堆内存
1.在谈java堆栈知识之前我们先来看看java虚拟机的自动垃圾回收机制
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,不能再次被使用,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。
2.存在于栈中的数据是能够共享的

    int a=2; 
    int b=2; 
    System.out.println(a==b);//true 

例如上图的实例,编译器先处理int a = 2;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为2的地址,没找到,就开辟一个存放2这个字面值的地址,然后将a指向2的地址。接着处理int b = 2;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有2这个字面值,便将b直接指向2的地址。这样,就出现了a与b同时均指向2的情况。特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上例,我们定义完a与 b的值后,再令a=4;那么,b不会等于4,还是等于2。在编译器内部,遇到a=4;时,它就会重新搜索栈中是否有4的字面值,如果没有,重新开辟地址存放4的值;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。
3.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在栈中为这个变量分配内存空间,当该变量退出其作用域后,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。
4.java内存分配中的堆
堆内存是用来存放由new创建的对象和数组。在堆中分配的内存,由java虚拟机自动垃圾回收机制来进行统一管理。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。

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)

5.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)
Java中的常量池,实际上分为两种形态:静态常量池和运行时常量池。
所谓静态常量池,即*.class文件中的常量池,class文件中的常量池不仅仅包含字符串(数字)字面量,还包含类、方法的信息,占用class文件绝大部分空间。而运行时常量池,则是jvm虚拟机在完成类装载操作后,将class文件中的常量池载入到内存中,并保存在方法区中,我们常说的常量池,就是指方法区中的运行时常量池。

        String s1 = "Hello";
        String s2 = "Hello";
        String s3 = "Hel" + "lo";
        String s4 = "Hel" + new String("lo");
        String s5 = new String("Hello");
        String s6 = s5.intern();
        String s7 = "H";
        String s8 = "ello";
        String s9 = s7 + s8;
        System.out.println(s1 == s2);  // true
        System.out.println(s1 == s3);  // true
        System.out.println(s1 == s4);  // false
        System.out.println(s1 == s9);  // false
        System.out.println(s4 == s5);  // false
        System.out.println(s1 == s6);  // true

在java 中,直接使用==操作符,比较的是两个字符串的引用地址,并不是比较内容,比较内容请用String.equals()
(1) s1 == s2这个非常好理解,s1、s2在赋值时,均使用的字符串字面量,说白话点,就是直接把字符串写死,在编译期间,这种字面量会直接放入class文件的常量池中,从而实现复用,载入运行时常量池后,s1、s2指向的是同一个内存地址,所以相等。
(2) s1 == s3这个地方有个坑,s3虽然是动态拼接出来的字符串,但是所有参与拼接的部分都是已知的字面量,在编译期间,这种拼接会被优化,编译器直接帮你拼好,因此String s3 = “Hel” + “lo”;在class文件中被优化成String s3 = “Hello”;,所以s1 == s3成立。
(3) s1 == s4当然不相等,s4虽然也是拼接出来的,但new String(“lo”)这部分不是已知字面量,是一个不可预料的部分,编译器不会优化,必须等到运行时才可以确定结果,结合字符串不变定理,鬼知道s4被分配到哪去了,所以地址肯定不同。
(4) s1 == s9也不相等,道理差不多,虽然s7、s8在赋值的时候使用的字符串字面量,但是拼接成s9的时候,s7、s8作为两个变量,都是不可预料的,编译器毕竟是编译器,不可能当解释器用,所以不做优化,等到运行时,s7、s8拼接成的新字符串,在堆中地址不确定,不可能与方法区常量池中的s1地址相同。
(5) s4 == s5已经不用解释了,绝对不相等,二者都在堆中,但地址不同。
(6) s1 == s6这两个相等完全归功于intern方法,s5在堆中,内容为Hello ,intern方法会尝试将Hello字符串添加到常量池中,并返回其在常量池中的地址,因为常量池中已经有了Hello字符串,所以intern方法直接返回地址;而s1在编译期就已经指向常量池了,因此s1和s6指向同一地址,相等。
从上例咱们就可以得到:必须要关注编译期的行为,才能更好的了解常量池;运行时常量池中的常量基本来源于各个class文件中的常量池;程序运行时,除非手动向常量池中添加常量(比如调用intern方法),否则jvm不会自动添加常量到常量池。
未完待续中。。。。。。

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