Java 内存整理——堆、栈、常量池

Java 内存分配:

1. 寄存器
我们在程序中无法控制

2. 栈
存放基本类型的变量数据，局部变量，和对象的引用，但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆（new 出来的对象）或者常量池中（字符串常量对象存放在常量池中。）

3. 堆
存放用new产生的对象，数组。

为了给垃圾回收器使用，堆主要分成三个区域，分别叫作New Generation，Old Generation或叫Tenured Generation，以及Perm space。New Generation是用来存放新建的对象的空间，在对象新建的时候被使用。如果长时间还使用的话，它们会被垃圾回收器移动到Old Generation(或叫Tenured Generation)。Perm space是JVM存放Meta数据的地方，例如类，方法，字符串池和类级别的详细信息。

在JVM中，如果98%的时间是用于GC（垃圾收集）且可用的heap size 不足2% 时 会报 内存溢出异常 Java Heap space

默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到最大限制。空余堆大于70%时，JVM会减小堆到最小限制。因此服务器上，一般将二者设为相等的值，以避免在每次GC后调整堆的大小。

调整heap space方法

-Xms 初始堆大小 -Xmx 最大堆大小。在大多数32位机、Sun的JVM上，Java的堆空间默认的大小为128MB。

堆大小受三方面影响：

l 相关操作系统的数据模型 是32位还是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位操作系统无限制。

l 系统可用虚拟内存限制

l 系统可用物理内存限制 初始 -Xms物理内存的1/64 最大-Xmx 物理内存的1/4

4. 静态域
存放在对象中用static定义的静态成员

5. 常量池
存放字符串常量和基本类型常量（public static final）。

 

我们主要关心栈，堆和常量池

 

栈：

l 在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。

l 当在一段代码块定义一个变量时，Java就在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的作用域后，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。存取速度快，仅次于寄存器。

l 栈中的数据大小和生命周期是可以确定的，当没有引用指向数据时，这个数据就会消失

l 数据可以共享

l 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，不能在被使用，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。

 

 

堆

l 需要运行时动态分配内存，因此存取速度慢

l 堆中的对象的由垃圾回收器负责回收，因此大小和生命周期不需要确定，具有很大的灵活性。

 

常量池

l 存放字符串常量和基本类型变量，比如String str1=”abc”; 实际上”abc”是在常量池里边。

l 在程序执行的时候,常量池 会储存在Method Area,而不是堆中。

 

 

栈中数据的可共享性

int a = 3; int b = 3； 编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找栈中是否有3这个值，如果没找到，就将3存放进来，然后将a指向3。接着处理int b = 3；在创建完b的引用变量后，因为在栈中已经有3这个值，便将b直接指向3。这样，就出现了a与b同时均指向3的情况。

 

这时，如果再令 a=4；那么编译器会重新搜索栈中是否有4值，如果没有，则将4存放进来，并令a指向4；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。

要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的，因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的，它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，会影响到另一个对象引用变量。

 

对于基础类型的变量和常量：变量和引用存储在栈中，常量存储在常量池中。

如以下代码：

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;

 

对于String

String是一个特殊的包装类数据。可以用：

String str = new String("abc"); String str = "abc";

两种的形式来创建，第一种是用new()来新建对象的，它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。

而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str，然后通过符号引用去字符串常量池 里找有没有"abc",如果没有，则将"abc"存放进字符串常量池 ，并令str指向"abc"，如果已经有"abc" 则直接令str指向"abc"。

 

比较类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时，用==，下面用例子说明上面的理论。

 

String str1 = "abc";

String str2 = "abc";

System.out.println(str1==str2); //true 可以看出str1和str2是指向同一个对象的。

String str1 =new String ("abc");

String str2 =new String ("abc");

System.out.println(str1==str2); // false 用new的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。

 

因此用第二种方式创建多个"abc"字符串,在内存中 其实只存在一个对象而已. 这种写法有利与节省内存空间. 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度，因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。

对于String str = new String("abc")；的代码，则一概在堆中创建新对象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要创建新对象，从而加重了程序的负担。

 

另一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = "abc"；的格式定义类时，总是想当然地认为，创建了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被创建！而可能只是指向一个先前已经创建的对象，即为常量池中数据的共享性。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。

 

由于String类的immutable性质，当String变量需要经常变换 其值时，应该考虑使用StringBuffer类，以提高程序效率。

String 特性

1. 首先String不属于8种基本数据类型，String是一个对象。因为对象的默认值是null，所以String的默认值也是null；但它又是一种特殊的对象，有其它对象没有的一些特性。

2. new String()和new String("")都是申明一个新的空字符串，是空串不是null；

3. String str="vill"；String str=new String ("kvill")的区别

 

示例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，我们要知结果为道JAVA 会确保一个字符串常量只有一个拷贝。

 

因为例子1中的 s0和s1中的"kvill"都是字符串常量，它们在编译期就被确定了，放在常量池中，所以s0==s1为true；而"kv"和"ill"也都是字符串常量，当一个字符串由多个字符串常量连接而成时，它自己肯定也是字符串常量，所以s2也同样在编译期就被解析为一个字符串常量，所以s2也是常量池中"kvill"的一个引用。此时我们应该知道，常量池中只有一个字符串 "kvill"所以我们得出s0==s1==s2；用new String() 创建的字符串不是常量，不能在编译期就确定，所以new String() 创建的字符串不放入常量池中，它们有自己的地址空间。

 

示例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还是常量池中"kvill"的引用，s1因为无法在编译期确定，所以是运行时创建的新对象"kvill"的引用，s2因为有后半部分 new String("ill")所以也无法在编译期确定，所以也是一个新创建对象"kvill"的应用，明白了这些也就知道为何得出此结果了。

 

4. String.intern()：

存在于.class文件中的常量池，在运行期被JVM装载，并且可以扩充。String的 intern()方法就是扩充常量池的 一个方法；当一个String实例str调用intern()方法时，Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，则返回其的引用，如果没有，则在常量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用；看示例就清楚了

 

示例：

 

String s0= "kvill";

String s1=new String("kvill");

String s2=new String("kvill");

System.out.println( s0==s1 ); //false 一个是常量池引用 一个是堆中对象引用

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

s1.intern(); //查找常量池，如果没有kvill 则创建，此时，由于存在，所以不创建

s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用赋给s2

System.out.println( s0==s1); // false虽然执行了s1.intern(),但它的返回值没有赋给s1 此时s1还是指向堆中

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此时指向常量池kvill

 

 

最后我再破除一个错误的理解：有人说，“使用 String.intern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中 ，如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中，那么该方法返回表中已有字符串的地址，如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话，他的最后一句话，”如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”是错的：

 

示例：

 

String s1=new String("kvill");

String s2=s1.intern();

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

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

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

 

在这个类中我们没有声名一个"kvill"常量，所以常量池中一开始是没有"kvill"的，当我们调用s1.intern()后就在常量池中新添加了一 个"kvill"常量，原来的不在常量池中的"kvill"仍然存在，也就不是“将自己的地址注册到常量池中”了。

 

s1==s1.intern() 为false说明原来的堆中的"kvill"仍然存在；s2现在为常量池中"kvill"的地址，所以有s2==s1.intern()为true。

 

5. 关于equals()和==:

 

这个对于String简单来说就是比较两字符串的Unicode序列是否相当，如果相等返回true;而==是 比较两字符串的地址是否相同，也就是是否是同一个字符串的引用。

 

6. 关于String是不可变的

 

这一说又要说很多，大家只 要知道String的实例一旦生成就不会再改变了，比如说：String str="kv"+"ill"+" "+"ans"; 就是有4个字符串常量，首先"kv"和"ill"生成了"kvill"存在内存中，然后"kvill"又和" " 生成 "kvill "存在内存中，最后又和生成了"kvill ans";并把这个字符串的地址赋给了str,就是因为String的”不可变”产生了很多临时变量，这也就是为什么建议用StringBuffer的原 因了，因为StringBuffer是可改变的。

 

下面是一些String相关的常见问题：

 

String中的final用法和理解

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

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

a=b;//此句编译不通过 final StringBuffer a = new StringBuffer("111");

a.append("222");// 编译通过

 

可见，final只对引用的"值"(即内存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那个对象，改变它的指向会导致编译期错误。至于它所指向的对象 的变化，final是不负责的。

 

 

String常量池问题的几个例子

 

下面是几个常见例子的比较分析和理解：

 

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对于字符串常量的"+"号连接，将程序编译期，JVM就将常量字符串的"+"连接优化为连接后的值，拿"a" + 1来说，经编译器优化后在class中就已经是a1。在编译期其字符串常量的值就确定下来，查找常量池中存在"a1"，故上面程序最终的结果都为true。

 

String a = "ab";

String bb = "b";

String b = "a" + bb;

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

 

分析：JVM对于字符串引用，由于在字符串的"+"连接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序编译期是无法确定的，即"a" + bb无法被编译器优化，只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b。所以上面程序的结果也就为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字符串加了final修饰，对于final修饰的变量，它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量池中或嵌入到它的字节码流中。所以此时的"a" + bb和"a" + "b"效果是一样的。故上面程序的结果为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对于字符串引用bb，它的值在编译期无法确定，只有在程序运行期调用方法后，将方法的返回值和"a"来动态连接并分配地址为b，故上面 程序的结果为false。

 

通过上面4个例子可以得出得知：

String s = "a" + "b" + "c"; 就等价于String s = "abc";

 

 

String a = "a";

String b = "b";

String c = "c";

String s = a + b + c;

这个就不一样了，最终结果等于：

StringBuffer temp = new StringBuffer();

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

String s = temp.toString();

 

由上面的分析结果，可就不难推断出String 采用连接运算符（+）效率低下原因分析，形如这样的代码：

 

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 + 就产生个StringBuilder对象，然后append后就扔掉。下次循环再到达时重新产生个StringBuilder对象，然后 append 字符串，如此循环直至结束。如果我们直接采用 StringBuilder 对象进行 append 的话，我们可以节省 N - 1 次创建和销毁对象的时间。所以对于在循环中要进行字符串连接的应用，一般都是用StringBuffer或StringBulider对象来进行 append操作。

 

String对象的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

 

}

 

}

 

这里用到JAVA里面是一个常量池的问题。对于s1+s2操作，其实是在堆里面重新创建了一个新的对象,s保存的是这个新对象在堆空间的的内容，所 以s与a的值是不相等的。而当调用s.intern()方法，却可以返回s在常量池中的地址值，因为a的值存储在常量池中，故s.intern和a的值相等。

 

总结

 

栈中用来存放一些原始数据类型的局部变量数据和对象的引用(String,数组.对象等等)但不存放对象内容堆中存放使用new关键字创建的对象.字符串是一个特殊包装类,其引用是存放在栈里的,而对象内容必须根据创建方式不同定(常量池和堆).有的是编译期就已经创建好，存放在字符串常 量池中，而有的是运行时才被创建.使用new关键字，存放在堆中