堆和栈的区别

引言：

    今天的Java课上，老师中途说，String是不可变类型，比较的是堆的内容还是栈的内容？这里当然是堆的内容啦，栈只是临时操作。

我忽然联想到了堆和栈的区别，一般来说，“堆栈”指的是栈，而不是堆，那么栈和堆有什么区别呢？下面我们就细细说来。

 

概述：

    在计算机领域，堆和栈是非常重要的概念，在数据结构中，堆和栈是两种完全不同的数据结构，

1. 栈：先进后出（FILO—First-In/Last-Out）。且只能在一端进行插入、删除操作，这一端我们称为栈顶（Top）。

2. 堆：队列优先，先进先出（FIFO—firstinfirstout）。

 

看图说话：

                                                                                                                                                      堆栈图1

 

    此时栈中的字符串str3、str4分别在堆中“开辟”了两片新空间，对应两个String("123")，random和random1也是如此1，由此图我们可以想象一下：

栈中的成员排队进入堆中，栈还是未确定的栈，有可能还会进行增删操作，比如把str3像str1、str2一样删除了，那么，先出去的是谁呢？

肯定是str2啦，也就是我们开头讲的栈是“先进后出”的原则，由此也可以引出我们老师的话：String比较的是堆，而不是栈，栈相当于江湖“客栈”，

大侠们来来往往，住的人和数是可以改变的。

 

栈和堆的对比：

    1. 堆栈空间的分配：

      栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

      堆（操作系统）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式类似于链表

      2. 堆栈缓存方式：

　　栈使用的是一级缓存，他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。

　　堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

　　3、堆栈数据结构区别

　　堆（数据结构）：堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。

　　栈（数据结构）：一种先进后出的数据结构。

　　堆和栈的联系

　　主函数先进栈，在栈中定义一个变量arr，接下来为arr赋值，但是右边不是一个具体值，是一个实体。实体创建在堆里，在堆里首先通过new关键字开辟一个空间，内存在存储数据的时候都是通过地址来体现的，地址是一块连续的二进制，然后给这个实体分配一个内存地址。数组都是有一个索引，数组这个实体在堆内存中产生之后每一个空间都会进行默认的初始化（这是堆内存的特点，未初始化的数据是不能用的，但在堆里是可以用的，因为初始化过了，但是在栈里没有），不同的类型初始化的值不一样。所以堆和栈里就创建了变量和实体：

　　给堆分配了一个地址，把堆的地址赋给arr，arr就通过地址指向了数组。所以arr想操纵数组时，就通过地址，而不是直接把实体都赋给它。这种我们不再叫他基本数据类型，而叫引用数据类型。称为arr引用了堆内存当中的实体。（可以理解为c或c++的指针，Java成长自c++和c++很像，优化了c++）

　　如果当int［］arr=null;

　　arr不做任何指向，null的作用就是取消引用数据类型的指向。

　　当一个实体，没有引用数据类型指向的时候，它在堆内存中不会被释放，而被当做一个垃圾，在不定时的时间内自动回收，因为Java有一个自动回收机制，（而c++没有，需要程序员手动回收，如果不回收就越堆越多，直到撑满内存溢出，所以Java在内存管理上优于c++）。自动回收机制（程序）自动监测堆里是否有垃圾，如果有，就会自动的做垃圾回收的动作，但是什么时候收不一定。

　　所以堆与栈的区别很明显：

　　1.栈内存存储的是局部变量而堆内存存储的是实体；

　　2.栈内存的更新速度要快于堆内存，因为局部变量的生命周期很短；

　　3.栈内存存放的变量生命周期一旦结束就会被释放，而堆内存存放的实体会被垃圾回收机制不定时的回收。

　　堆与栈的主要区别

                                                                 

                                                                                                                                      栈详解图

 

 

 

                                                                                                                          堆详解图

 

区别总结：

 

　　1、管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memoryleak。

　　2、空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：

　　注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。

　　4、碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。

　　5、生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。

　　6、分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。

　　7、分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。