从内存层面分析Java 参数传递机制

在 Java 中，理解参数传递机制对于编写高效和可维护的代码至关重要。本文将探讨基本数据类型和引用数据类型的参数传递方式，并介绍 System.identityHashCode 方法及其作用。我们将结合栈帧的概念，通过示例代码来详细解释这些机制。

System.identityHashCode 的作用

System.identityHashCode 方法用于获取对象的哈希码，这个哈希码是基于对象的内存地址的。它可以帮助我们判断两个变量是否指向同一个对象。这个哈希码与 Object 类中的 hashCode 方法不同，后者可能被重写，而 identityHashCode 保证基于对象的实际内存地址。

栈帧的概念与参数传递

⚠️：先普及一下基本知识：一个线程对应一个栈，一个栈包含多个栈帧，一个栈帧对应一个方法。

每当一个方法被调用时，Java 虚拟机（JVM）会为该方法创建一个新的栈帧。栈帧用于存储方法的局部变量、操作数栈和其他执行上下文信息。局部变量表包含了方法中的所有参数和局部变量。每个方法调用都有自己的栈帧，这些栈帧在方法调用结束后会被弹出。

基本数据类型的参数传递

对于基本数据类型（如 int, float, boolean 等），Java 使用 值传递 的方式。这意味着方法接收的是参数值的副本，而不是原始变量的引用。修改副本不会影响原始变量。

示例代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int hashCode = System.identityHashCode(a);
        System.out.println("a: " + hashCode); // a:1456208737
        modify(a);
        System.out.println("a: " + hashCode); // a:1456208737
    }

    public static void modify(int b) {
        b = 2;
        int hashCode = System.identityHashCode(b); 
        System.out.println("b: " + hashCode); // b:288665596
    }
}

解释

1. 方法调用过程：

   • main 方法中的栈帧包含了局部变量 a，其值为 1，哈希码为 1456208737。
   • 当调用 modify 方法时，a 的值 1 被复制到 modify 方法的栈帧中的局部变量 b。

2. modify 方法中的操作：

   • 在 modify 方法的栈帧中，b 的值为 1。将 b 的值修改为 2，并将其哈希码输出为 288665596。
   • 由于 b 是 main 方法栈帧中 a 值的副本，修改 b 不会影响 a 的值。

3. 栈帧作用：

   • main 方法和 modify 方法各自拥有独立的栈帧，局部变量表中的 a 和 b 是不同的变量，修改 b 不会影响 a。

引用数据类型的参数传递

对于引用数据类型（如 Person 对象），Java 使用也是值传递（只不过传递的值是引用数据类型的内存地址）的方式。这意味着方法接收的是对象引用的副本，而不是对象的实际值。修改对象内容会影响所有引用该对象的变量，但修改引用本身不会影响原始引用。

示例代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("mike");
        int hashCode = System.identityHashCode(p1); 
        modify(p1);
        System.out.println("p1: " + hashCode); // p1:1456208737
    }

    public static void modify(Person p2) {
        p2.name = "lucy";
        int hashCode = System.identityHashCode(p2); 
        System.out.println("p2: " + hashCode); // p2:1456208737
    }

    static class Person {
        String name;

        public Person(String name) {
            this.name = name;
        }
    }
}

解释

1. 方法调用过程：

   • main 方法中的栈帧包含了局部变量 p1，它是指向 Person 对象的引用，其哈希码为 1456208737。
   • 当调用 modify 方法时，p1 的引用被复制到 modify 方法的栈帧中的局部变量 p2。

2. modify 方法中的操作：

   • 在 modify 方法的栈帧中，此时p2 也是指向同一个 Person 对象的引用。修改 p2.name 会直接影响到 p1 对象，因为它们指向同一个内存地址。
   • p2 的哈希码与 p1 相同，因为它们是同一个对象的引用。

3. 栈帧作用：

   • main 方法和 modify 方法各自拥有独立的栈帧，但 p1 和 p2 指向同一个内存地址，即同一个 Person 对象，修改 p2 的内容会影响 p1。

String 类型的特殊情况

String 类型是一个引用数据类型，但它是 不可变的。这意味着每次对 String 对象进行修改时，实际上会创建一个新的 String 对象，而不会改变原始对象。

示例代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "str1";
        int hashCode = System.identityHashCode(a); 
        modify(a);
        System.out.println("a: " + hashCode); // a:1456208737
    }

    public static void modify(String b) {
        b = "str2";
        int hashCode = System.identityHashCode(b); 
        System.out.println("b: " + hashCode); // b:288665596
    }
}

解释

1. 方法调用过程：

   • main 方法中的栈帧包含了局部变量 a，它指向 String 对象 "str1"，其哈希码为 1456208737。
   • 当调用 modify 方法时，a 的引用（即 "str1" 的地址）被复制到 modify 方法的栈帧中的局部变量 b。

2. modify 方法中的操作：

   • 在 modify 方法中，将 b 赋值为 "str2"。按理来说操作的也是同一个内存地址，也会将该内存地址中的值修改为 "str2"。但是Java规定了 String 是不可变的，这将会在常量池创建一个新的 String 对象 "str2"，并将 b 指向这个新的对象。原始的 String 对象 "str1" 仍然存在，因此a 的哈希码没有改变。

3. 栈帧作用：

   • main 方法和 modify 方法各自拥有独立的栈帧。修改 b 的引用不会影响 a，因为 String 对象的不可变性确保了原始对象不变。

总结

• 基本数据类型 的参数传递是值传递，修改方法内部的值不会影响外部变量，因为每个方法调用都有自己的栈帧。
• 引用数据类型 的参数传递是引用传递，修改方法内部的对象内容会影响外部变量，因为它们指向同一个对象。栈帧中的引用指向相同的对象内存地址。
• String 类型 是不可变的，对 String 对象的修改会创建一个新的对象，原始对象保持不变，这与对象的可变性相关。