java的栈与堆(基本数据类型与包装数据类型)详解

 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。

栈内存	堆内存
基础类型，对象引用（堆内存地址）	由new创建的对象和数组，
存取速度快	相对于栈内存较慢
数据大小声明周期必须确定	分配的内存由java虚拟机自动垃圾回收器管理。动态分配内存大小
共享特性 栈中如果有字符串，则直接引用 如果没有，开辟新的空间存入值	每new一次在堆内存中生成一个新的对象。
创建之后值可以改变	String类声明后则不可改变

一、栈内存

基础类型int, short, long, byte, float, double, boolean, char和对象引用

 

栈的共享特性

String str1 = "abc";
        String str2 = "abc";
        System.out.println(str1==str2); //true

1、  编译器先处理String str1 = "abc"；它会在栈中创建一个变量为str1的引用，然后查找栈中是否有abc这个值，如果没找到，就将abc存放进来，然后将str1指向abc。

2、  接着处理String str2 = "abc";在创建完b的引用变量后，因为在栈中已经有abc这个值，便将str2直接指向abc。这样，就出现了str1与str2同时均指向abc的情况。

二、堆内存

new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立

  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。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。

三、  ==  内存地址比对

String str1 = "abc";
        String str2 = "abc";
        System.out.println(str1==str2); //true    str1和str2同时指向 栈内存 中同一个内存空间

String str3 = "abc";
        String str4 = new String("abc") ;

System.out.println(str3 == str4);    //flase str3值在栈内存中，str4值在堆内存中

 

String hello = "hello" ;

String hel = "hel" ;

String lo = "lo" ;

System.out.println(hello == "hel" + "lo") ; //true

//两个常量相加，先检测栈内存中是否有hello如有有，指向已有的栈中的hello空间

System.out.println(hello == "hel" + lo) ;   //flase

System.out.println(hello == hel + lo) ;     //flase

 //lo是在常量池中，不检查栈内存，在堆中产生一个新的hello

 

 四、  equals 值进行比对

 public booleanequals(Object anObject)

将此字符串与指定的对象比较。当且仅当该参数不为null，并且是与此对象表示相同字符序列的String对象时，结果才为true。

 String str5 = "abc";
String str6 = new String("abc") ;

System.out.println(str5.equals(str6));    //true   str5的值str6的值比对

 五、  intern   栈中值的内存地址

 

Public String intern()

当调用intern方法时

1、如果池已经包含一个等于此String对象的字符串（用equals(Object)方法确定），则返回池中的字符串。

2、将此String对象添加到池中，并返回此String对象的引用。

 

String s7 = new String("abc") ;

String s8 = "abc" ;

 

System.out.println(s7 == s7.intern()) ;//flase；

System.out.println(s8 == s7.intern() );//true

 

1.检查栈内存中有没有abc对象如果有

2.将s7指向pool中abc

 
2. 栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。

    但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。另外，栈数据可以共享，详见第3点。

 

   堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。

   但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。 

3. Java中的数据类型有两种。 
一种是基本类型(primitive types), 共有8种，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并没有string的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的，称为自动变量。值得注意的是，自动变量存的是字面值，不是类的实例，即不是类的引用，这里并没有类的存在。如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用，指向3这个字面值。这些字面值的数据，由于大小可知，生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面，程序块退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于栈中。 
另外，栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义：
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，然后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3；在创建完b的引用变量后，由于在栈中已经有3这个字面值，便将b直接指向3的地址。这样，就出现了a与b同时均指向3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3。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。 
另一种是包装类数据，如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些包装类数据全部存在于堆中，Java用new()语句来显示地告诉编译器，在运行时才根据需要动态创建，因此比较灵活，但缺点是要占用更多的时间。

 

4. String是一个特殊的包装类数据。即可以用String str = new String("abc");的形式来创建，也可以用String str = "abc"；的形式来创建(作为对比，在JDK 5.0之前，你从未见过Integer i = 3;的表达式，因为类与字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，这种表达式是可以的！因为编译器在后台进行Integer i = new Integer(3)的转换)。前者是规范的类的创建过程，即在Java中，一切都是对象，而对象是类的实例，全部通过new()的形式来创建。Java中的有些类，如DateFormat类，可以通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类，似乎违反了此原则。其实不然。该类运用了单例模式来返回类的实例，只不过这个实例是在该类内部通过new()来创建的，而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为什么在String str = "abc"；中，并没有通过new()来创建实例，是不是违反了上述原则？其实没有。 

5. 关于String str = "abc"的内部工作。Java内部将此语句转化为以下几个步骤： 
(1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量：String str； 
(2)在栈中查找有没有存放值为"abc"的地址，如果没有，则开辟一个存放字面值为"abc"的地址，接着创建一个新的String类的对象o，并将o的字符串值指向这个地址，而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。如果已经有了值为"abc"的地址，则查找对象o，并返回o的地址。 
(3)将str指向对象o的地址。 
值得注意的是，一般String类中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc"；这种场合下，其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用！ 
为了更好地说明这个问题，我们可以通过以下的几个代码进行验证。
String str2 = "abc"; 
String str1 = "abc"; 
str1 = "bcd"; 
System.out.println(str1==str2); //false
这就是说，赋值的变化导致了类对象引用的变化，str1指向了另外一个新对象！而str2仍旧指向原来的对象。上例中，当我们将str1的值改为"bcd"时，JVM发现在栈中没有存放该值的地址，便开辟了这个地址，并创建了一个新的对象，其字符串的值指向这个地址。 
事实上，String类被设计成为不可改变(immutable)的类。如果你要改变其值，可以，但JVM在运行时根据新值悄悄创建了一个新对象，然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是完全自动进行的，但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中，会带有一定的不良影响。 
再修改原来代码：
String str2 = "abc"; 
str1 = "bcd"; 
String str3 = str1; 
System.out.println(str1 == str4); //true
str3这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意，str3并没有创建新对象)。当str1改完其值后，再创建一个String的引用str4，并指向因str1修改值而创建的新的对象。可以发现，这回str4也没有创建新的对象，从而再次实现栈中数据的共享。 
我们再接着看以下的代码。
String str2 = "abc"; 
String str2 = new String("abc");
创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。 
以上两段代码说明，只要是用new()来新建对象的，都会在堆中创建，而且其字符串是单独存值的，即使与栈中的数据相同，也不会与栈中的数据共享。 

6. 数据类型包装类的值不可修改。不仅仅是String类的值不可修改，所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。

 7. 结论与建议： 
(1)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，我们创建了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被创建！唯一可以肯定的是，指向String类的引用被创建了。至于这个引用到底是否指向了一个新的对象，必须根据上下文来考虑，除非你通过new()方法来显要地创建一个新的对象。因此，更为准确的说法是，我们创建了一个指向String类的对象的引用变量str，这个对象引用变量指向了某个值为"abc"的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是很有帮助的。 
(2)使用String str = "abc"；的方式，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。而对于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。这个思想应该是享元模式的思想，但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式，不得而知。 
(3)当比较包装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==。 
(4)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。

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