java程序運行時內存分配詳解

1、  基本概念

   每運行一個java程序會產生一個java進程，每一個java進程可能包含一個或者多個線程，每個Java進程對應惟一一個JVM實例，每個JVM實例惟一對應一個堆，每個線程有一個本身私有的棧。進程所建立的全部類的實例（也就是對象）或數組（指的是數組的自己，不是引用）都放在堆中,並由該進程全部的線程共享。Java中分配堆內存是自動初始化的，即爲一個對象分配內存的時候，會初始化這個對象中變量。雖然Java中全部對象的存儲空間都是在堆中分配的，可是這個對象的引用倒是在棧中分配,也就是說在創建一個對象時在堆和棧中都分配內存，在堆中分配的內存實際存放這個被建立的對象的自己，而在棧中分配的內存只是存放指向這個堆對象的引用而已。局部變量 new 出來時，在棧空間和堆空間中分配空間，當局部變量生命週期結束後，棧空間馬上被回收，堆空間區域等待GC回收。

具體的概念： JVM的內存可分爲3個區： 堆(heap)、棧(stack)和方法區(method，也叫靜態區)： 

堆區: 

1.存儲的所有是對象，每一個對象都包含一個與之對應的class的信息(class的目的是獲得操做指令) ； 
2.jvm只有一個堆區(heap)，且被全部線程共享，堆中不存放基本類型和對象引用，只存放對象自己和數組自己；

棧區:  
1.每一個線程包含一個棧區，棧中只保存基礎數據類型自己和自定義對象的引用； 
2.每一個棧中的數據(原始類型和對象引用)都是私有的，其餘棧不能訪問； 
3.棧分爲3個部分：基本類型變量區、執行環境上下文、操做指令區(存放操做指令)；

方法區（靜態區）:  
1.被全部的線程共享，方法區包含全部的class（class是指類的原始代碼，要建立一個類的對象，首先要把該類的代碼加載到方法區中，而且初始化）和static變量。  
2.方法區中包含的都是在整個程序中永遠惟一的元素，如class，static變量。  
 

2、實例演示

 1 　　AppMain.java  2 　  3 　　public class AppMain //運行時, jvm 把appmain的代碼所有都放入方法區   4 　　{  5 　　public static void main(String[] args) //main 方法自己放入方法區。   6 　　{  7 　　Sample test1 = new Sample( " 測試1 " ); //test1是引用，因此放到棧區裏， Sample是自定義對象應該放到堆裏面   8 　　Sample test2 = new Sample( " 測試2 " );  9 　　 10 　　test1.printName(); 11 　　test2.printName(); 12 　　} 13 　　} 14 　　 15 　　public class Sample //運行時, jvm 把appmain的信息都放入方法區  16 　　{ 17 　　/** 範例名稱 */ 18 　　private String name; //new Sample實例後， name 引用放入棧區裏, name 對應的 String 對象放入堆裏  19 　　 20 　　/** 構造方法 */ 21 　　public Sample(String name) 22 　　{ 23 　　this .name = name; 24 　　} 25 　　 26 　　/** 輸出 */ 27 　　public void printName() //在沒有對象的時候，print方法跟隨sample類被放入方法區裏。  28 　　{ 29 　　System.out.println(name); 30 　　} 31 　　}

      運行該程序時，首先 啓動一個Java虛擬機進程，這個進程首先從classpath中找到AppMain.class文件，讀取這個文件中的二進制數據，而後把Appmain類的類信息存放到運行時數據區的 方法區 中，這就是AppMain類的加載過程。 

   接着，Java虛擬機定位到方法區中AppMain類的Main()方法的字節碼，開始執行它的指令。這個main()方法的第一條語句就是： 

Sample test1=new Sample("測試1");

該語句的執行過程： 
    一、 Java虛擬機到方法區找到Sample類的類型信息，沒有找到，由於Sample類尚未加載到方法區（這裏能夠看出，java中的內部類是單獨存在的，並且剛開始的時候不會跟隨包含類一塊兒被加載，等到要用的時候才被加載）。Java虛擬機立馬加載Sample類，把Sample類的類型信息存放在方法區裏。  
    二、 Java虛擬機首先在堆區中爲一個新的Sample實例分配內存, 並在Sample實例的內存中存放一個方法區中存放Sample類的類型信息的內存地址。 
    三、 JVM的進程中，每一個線程都會擁有一個方法調用棧，用來跟蹤線程運行中一系列的方法調用過程，棧中的每個元素就被稱爲棧幀，每當線程調用一個方法的時候就會向方法棧壓入一個新幀。這裏的幀用來存儲方法的參數、局部變量和運算過程當中的臨時數據。

    四、位於「=」前的Test1是一個在main()方法中定義的一個變量（一個Sample對象的引用），所以，它被會添加到了執行main()方法的主線程的JAVA方法調用棧中。而「=」將把這個test1變量指向堆區中的Sample實例。 
    五、JVM在堆區裏繼續建立另外一個Sample實例，並在main方法的方法調用棧中添加一個Test2變量，該變量指向堆區中剛纔建立的Sample新實例。

    六、JVM依次執行它們的printName()方法。當JAVA虛擬機執行test1.printName()方法時，JAVA虛擬機根據局部變量test1持有的引用，定位到堆區中的Sample實例，再根據Sample實例持有的引用，定位到方法去中Sample類的類型信息，從而得到printName()方法的字節碼，接着執行printName()方法包含的指令，開始執行。  
3、辨析

在Java語言裏堆(heap)和棧(stack)裏的區別 ：

    1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放數據的地方。與C++不一樣，Java自動管理棧和堆，程序員不能直接地設置棧或堆。  
2. 棧的優點是，存取速度比堆要快，僅次於直接位於CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的數據大小與生存期必須是肯定的，缺少靈活性。另外，棧數據能夠共享（詳見下面的介紹）。堆的優點是能夠動態地分配內存大小，生存期也沒必要事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些再也不使用的數據。但缺點是，因爲要在運行時動態分配內存，存取速度較慢。 

Java中的2種數據類型：

一種是 基本類型 (primitive types), 共有8類，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，並無string的基本類型)。這種類型的定義是經過諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來定義的，稱爲自動變量。 自動變量存的是字面值，不是類的實例，即不是類的引用，這裏並無類的存在 。如int a = 3; 這裏的a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。 這些 字面值 的數據，因爲大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊裏面，程序塊退出後，字段值就消失了)，出於追求速度的緣由，就存 在於棧中 。  

    棧有一個很重要的特性:存在棧中的數據能夠共享。 假設咱們同時定義:  int a = 3; int b = 3;   編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中建立一個變量爲a的引用，而後查找有沒有字面值爲3的地址，若是沒找到，就開闢一個存放3這個字面值的地址，而後將a指向3的地址。接着處理int b = 3；在建立完b的引用變量後，因爲在棧中已經有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現了a與b同時均指向3的狀況。 

這種字面值的引用與類對象的引用不一樣。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，若是一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態，那麼另外一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，經過字面值的引用來修改其值，不會致使另外一個指向此字面值的引用的值也跟着改變的狀況。如上例，咱們定義完a與 b的值後，再令a=4；那麼，b不會等於4，仍是等於3。在編譯器內部，遇到a=4；時，它就會從新搜索棧中是否有4的字面值，若是沒有，從新開闢地址存放4的值；若是已經有了，則直接將a指向這個地址。所以a值的改變不會影響到b的值。  
另外一種是 包裝類數據， 如Integer, String, Double等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類數據所有 存在於堆中， Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據須要動態建立，所以比較靈活，但缺點是要佔用更多的時間。 

4、總結

      java內存分配條理仍是很清楚的，若是要完全搞懂，能夠去查閱JVM相關的書籍。在java中，內存分配最讓人頭疼的是String對象，因爲其特殊性，因此不少程序員容易搞混淆，下一篇文章再詳細講解。