Java 堆(Heap) 栈(Stack)

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栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同的是，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。
两者的区别比较:

  • 栈: 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，栈数据还是可以共享的。
  • 堆: 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。

Java数据类型

基本数据类型(primitive types):

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，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：

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2
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。

引用数据类型

自定义class，通过new创建的对象，包括包装类数据，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。

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。

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；
  3. 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。
  4. 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！ 

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String abc2 = "abc";
String abc3 = "abc";
System.out.println(abc3 == abc2); // true @1
abc2 = "cba";
System.out.println(abc3 == abc2); // false @2
String abc = new String("abc");
System.out.println(abc == abc3); // false @3

str1.equals(str2)；的方式将比较两个字符串的值是否相等。而==号，根据JDK的说明，只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。

JVM创建了两个引用abc2和abc3，但只创建了一个对象，而且两个引用都指向了同一个对象。

赋值的变化导致了类对象引用的变化，abc2指向了另外一个新对象！而abc3仍旧指向原来的对象。当我们将abc2的值改为”cba”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。

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。

事实上，String类被设计成为不可改变(immutable)的类。如果要改变其值，JVM在运行时根据新值重新创建一个新对象，然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。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。

数据存放区域

  • 栈(stack): 通常用于保存函数中的参数，局部变量。在java中，所有基本类型和引用类型都在栈中存储，栈中数据的生存空间一般在当前scopes内(就是由{…}括起来的区域)。

  • 堆(heap): 是一个可动态申请的内存空间(其记录空闲内存空间的链表由操作系统维护)。C中的malloc语句所产生的内存空间就在堆中。在java中所有使用new xxx()构造出来的对象都在堆中存储，当垃圾回收器检测到某对象未被引用，则自动销毁该对象。

在JAVA中，有六个不同的地方可以存储数据：

寄存器（register）

这是最快的存储区，因为它位于不同于其他存储区的地方：处理器内部。但是寄存器的数量极其有限，所以寄存器由编译器根据需求进行分配。你不能直接控制，也不能在程序中感觉到寄存器存在的任何迹象。

栈（stack）

位于通用RAM中，但通过它的“堆栈指针”可以从处理器哪里获得支持。堆栈指针若向下移动，则分配新的内存；若向上移动，则释放那些内存。这是一种快速有效的分配存储方法，仅次于寄存器。创建程序时候，JAVA编译器必须知道存储在堆栈内所有数据的确切大小和生命周期，因为它必须生成相应的代码，以便上下移动堆栈指针。这一约束限制了程序的灵活性，所以虽然某些JAVA数据存储在堆栈中——特别是对象引用，但是JAVA对象不存储其中。

堆（heap）

一种通用性的内存池（也存在于RAM中），用于存放所有的JAVA对象。堆不同于堆栈的好处是：编译器不需要知道要从堆里分配多少存储区域，也不必知道存储的数据在堆里存活多长时间。因此，在堆里分配存储有很大的灵活性。当你需要创建一个对象的时候，只需要new写一行简单的代码，当执行这行代码时，会自动在堆里进行存储分配。当然，为这种灵活性必须要付出相应的代码。用堆进行存储分配比用堆栈进行存储存储需要更多的时间。

静态存储（static storage）

这里的“静态”是指“在固定的位置”。静态存储里存放程序运行时一直存在的数据。你可用关键字static来标识一个对象的特定元素是静态的，但JAVA对象本身从来不会存放在静态存储空间里。

常量存储（constant storage）

常量值通常直接存放在程序代码内部，这样做是安全的，因为它们永远不会被改变。有时，在嵌入式系统中，常量本身会和其他部分分割离开，所以在这种情况下，可以选择将其放在ROM中

非RAM存储

如果数据完全存活于程序之外，那么它可以不受程序的任何控制，在程序没有运行时也可以存在。

比较

就速度来说，有如下关系：
寄存器 < 堆栈 < 堆 < 其他

  • 堆: 堆是heap，是所谓的动态内存，其中的内存在不需要时可以回收，以分配给新的内存请求，其内存中的数据是无序的，即先分配的和随后分配的内存并没有什么必然的位置关系，释放时也可以没有先后顺序。
  • 栈: 就是STACK。实际上是只有一个出入口的队列，即后进先出（First In Last Out），先分配的内存必定后释放。一般由系统自动分配，存放存放函数的参数值，局部变量等，自动清除。

还有，堆是全局的，栈是每个函数进入的时候分一小块，函数返回的时候就释放了，静态和全局变量，new 得到的变量，都放在堆中，局部变量放在栈中，所以函数返回，局部变量就全没了。
实际应用中，堆栈多用来存储方法的调用。而对则用于对象的存储。

最主要的区别就是栈内存用来存储局部变量和方法调用。
而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。

如果栈内存没有可用的空间存储方法调用和局部变量，JVM会抛出java.lang.StackOverFlowError。
而如果是堆内存没有可用的空间存储生成的对象，JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError。

Java中的堆和栈的区别

栈区: 每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中，每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。

堆区: 存储的全部是对象实例，每个对象都包含一个与之对应的class的信息(class信息存放在方法区)。jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身，几乎所有的对象实例和数组都在堆中分配。

方法区: 又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。它用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。