Java学习手册：堆内存&栈内存&方法区
概述
| 名称 | 特点 |
|---|---|
| 堆内存 | 用来存放运行时创建的对象（一般来说，通过new关键字创建出来的对象都放在堆内存中） |
| 栈内存 | 用来存放基本数据类型（例如int、short、long、byte、float、double、boolean以及char等）和引用变量 |
| 方法区 | 用来存放类的信息 |
JVM为Java程序提供并管理所需要的内存空间，JVM内存分为：“堆”、“栈”和“方法区”三个区域。
一、堆内存
堆内存用来存放运行时创建的对象。 一般来说，通过new关键字创建出来的对象都存放在堆内存中。
①存储所有new出来的对象。
②成员变量的生命周期：对象被创建时存在，对象被回收时消失。
③垃圾回收器(GC)：（1）JVM自带的一个小线程，专用于回收垃圾。（2）所谓垃圾是没有任何引用所指的对象。
④垃圾回收的过程是透明的，不定期检查。（自动回收管理）理论上，System.gc()方法可以建议尽快回收，具体实现策略取决于不同的JVM系统。
⑤内存泄漏：无用的对象没有被及时回收。建议：内存不使用时，及时将引用设置为null。
在C++中，堆内存的管理是由开发人员来负责的，也就是说，开发人员在堆中申请的内存，当不再使用时，必须由开发人员来完成堆内存释放的工作。而在Java语言中，这个内存释放的工作由垃圾回收器来负责执行，开发人员只需要申请所需的堆空间而不需要考虑释放的问题。
使用时会出现的问题：如果堆内存使用不当，会产生内存碎片问题。当回收堆内存时，可能导致一些小块的但不连续的内存存在。当用户申请一块较大的堆内存时，虽然可用的小块内存足够大，本可以满足申请的需求，但由于他们是不连续的，导致申请失败。
二、栈内存
栈内存主要用来存放基本数据类型（例如int、short、long、byte、float、double、boolean以及char等）和引用变量，其内存都分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放。栈内存的管理是通过压栈和弹栈操作来完成的，以栈帧为基本单位来管理程序的调用关系，每当有函数调用时，都会通过压栈的方式创建新的栈帧，每当函数调用结束后都会通过弹栈的方式释放栈帧。
①用于存放方法中的局部变量（所用到的）。
②调用方法时为该方法分配一个对应的栈帧，栈帧中包含该方法的参数及局部变量，方法调用结束时，栈帧消失，局部变量同样被清除。
③局部变量生命周期：方法被调用时存在，方法调用结束时消失。
和堆内存相比，栈内存要小的多，栈内存的存取速度仅次于寄存器，栈内存里面的数据可以共享，但是其中数据的大小和生存期必须在运行前确定。
使用时会出现的问题：由于栈内存较小，如果栈内存不慎耗尽，就会产生栈溢出（stack overflow）问题。
注：基本数据类型存放在栈里，包装类栈里存放的是对象的引用，即值的地址，而值存放在堆里。
三、方法区
方法区用于存放类的信息，Java程序运行时，首先会通过类装载器载入类文件的字节码信息，经过解析后将其装入方法区。
类的各种信息（包括方法）都在方法区存储。
四、堆内存和栈内存的联系与区别
1、堆与栈都是内存中存放数据的地方。
2、每当创建一个对象时，它总是存储在堆空间，而栈存储器包含对它的引用。
（在堆中产生了一个数组对象后，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。
3、存储在堆中的对象是全局可访问的，而栈内存不能被其他线程访问。
4、栈内存是短暂的，而堆内存从应用程序执行的开始到结束都存在。从堆和栈的功能以及作用来比较，堆主要用来存放对象的，栈主要是用来执行程序的。相较于堆，栈的存取速度更快，但栈的大小和生存期必须是确定的，因此缺乏一定的灵活性。而堆却可以在运行时动态的分配内存，生存期不用提前告诉编译器，但这也导致了其存取速度的缓慢。
5、当堆内存已满时，Java运行时抛出java.lang.StackOverFlowError；当栈内存已满时，则抛出java.lang.OutOfMemoryError:java Heap Space错误；
五、JVM如何管理内存？分成几部分？分别有什么用途？说出下面代码的内部实现原理。
答案：JVM内存分为“堆”、“栈”、“方法区”三个区域，分别用于存储不同的数据。
（1）堆内存用于存储使用new关键字所创建的对象。
（2）栈内存用于存储程序运行时在方法中声明的所有的局部变量。
（3）方法区用于存放类的信息，Java程序运行时，首先会通过类装载器载入类文件的字节码信息，经过解析后将其装入方法区。类的各种信息（包括方法）都在方法区存储。
//说出下面代码的内部实现原理
Foo foo = new Foo();
foo.f();
上述代码的内部实现原理：
①Foo类首先被装载到JVM的方法区，其中包括类的信息，包括方法和构造等；
②在栈内存中分配引用变量foo；
③在堆内存中按照Foo类型信息分配实例变量内存空间，然后，将栈中引用foo指向foo对象堆内存的首地址；
④使用引用foo调用方法，根据foo引用的类型Foo调用f方法；
六、成员变量与局部变量在内存中的位置
| - | 成员变量 | 局部变量 |
|---|---|---|
| 类中位置 | 类中方法外 | 在方法定义中或者方法声明上 |
| 内存中位置 | 在堆内存 | 在栈内存 |
| 生命周期 | 随着对象的创建而存在，随着对象的消失而消失 | 随着方法的调用而存在，随着方法的调用完毕而消失 |
| 初始化值 | 有默认值初始化 | 没有默认值初始化，必须定义、赋值，然后才能使用 |
七、栈空间和堆空间
1、栈空间
（1）栈空间存取数据的效率高
（2）栈中的数据按“先进后出”的方式管理
（3）栈空间存储空间较小，不能存放大量的数据
（4）JVM将基本类型的数据存放在栈空间
2、堆空间
（1）堆空间存取数据的效率最低
（2）数据存放的位置随机分配
（3）堆空间存储数据的空间大，能存放大量的数据