java 堆 棧 方法區、對象初始化過程

<一>

基礎數據類型(Value type)直接在棧(stack)空間分配，方法的形式參數，直接在棧空間分配，當方法調用完成後從棧空間回收。

引用數據類型，須要用new來建立，既在棧空間分配一個地址空間(reference)，又在堆空間分配對象的類變量（object） 。方法的引用參數，在棧空間分配一個地址空間，並指向堆空間的對象區，當方法調用完成後從棧空間回收。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。 方法調用時傳入的 literal 參數，先在棧空間分配，在方法調用完成後從棧空間分配。字符串常量在 DATA 區域分配 ，this 在堆空間分配。數組既在棧空間分配數組名稱， 又在堆空間分配數組實際的大小！
哦 對了，補充一下static在DATA區域分配。

從Java的這種分配機制來看,堆棧又能夠這樣理解:堆棧(Stack)是操做系統在創建某個進程時或者線程(在支持多線程的操做系統中是線程)爲這個線程創建的存儲區域，該區域具備先進後出的特性。
每個Java應用都惟一對應一個JVM實例，每個實例惟一對應一個堆。應用程序在運行中所建立的全部類實例或數組都放在這個堆中,並由應用全部的線程共享.跟C/C++不一樣，Java中分配堆內存是自動初始化的。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堆棧中分配,也就是說在創建一個對象時從兩個地方都分配內存，在堆中分配的內存實際創建這個對象，而在堆棧中分配的內存只是一個指向這個堆對象的指針(引用)而已。

<二>
參考自深刻淺出JVM這本書，對了解JAVA的底層和運行機制有比較大的幫助。
廢話不想講了.入主題：
先了解具體的概念：
JAVA的JVM的內存可分爲3個區：堆(heap)、棧(stack)和方法區(method)

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)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
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的對象和自定義對象的引用(不是對象)，對象都存放在堆區中
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:
1.又叫靜態區，跟堆同樣，被全部的線程共享。方法區包含全部的class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。
爲了更清楚地搞明白髮生在運行時數據區裏的黑幕，咱們來準備2個小道具（2個很是簡單的小程序）。
AppMain.java
 

Java代碼

AppMain.java

public   class  AppMain                //運行時, jvm 把appmain的信息都放入方法區    
{    
    public   static   void  main(String[] args)  //main 方法自己放入方法區。    
    {    
        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    
        Sample test2 = new  Sample( 「 測試2 」 );    
  
        test1.printName();    
        test2.printName();    
    }    
} 

Sample.java    
  
public   class  Sample        //運行時, jvm 把appmain的信息都放入方法區    
{    
    
    private  name;      //new Sample實例後， name 引用放入棧區裏，  name 對象放入堆裏    
    
    public  Sample(String name)    
    {    
        this .name = name;    
    }    
  
    public   void  printName()   //print方法自己放入 方法區裏。    
    {    
        System.out.println(name);    
    }    
}   

OK，讓咱們開始行動吧，出發指令就是：「java AppMain」，包包裏帶好咱們的行動向導圖，Let’s GO！

系統收到了咱們發出的指令，啓動了一個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。這一過程稱爲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」);
語句很簡單啦，就是讓java虛擬機建立一個Sample實例，而且呢，使引用變量test1引用這個實例。貌似小case一樁哦，就讓咱們來跟蹤一下Java虛擬機，看看它到底是怎麼來執行這個任務的：
一、 Java虛擬機一看，不就是創建一個Sample實例嗎，簡單，因而就直奔方法區而去，先找到Sample類的類型信息再說。結果呢，嘿嘿，沒找到@@，這會兒的方法區裏尚未Sample類呢。可Java虛擬機也不是一根筋的笨蛋，因而，它發揚「本身動手，豐衣足食」的做風，立馬加載了Sample類，把Sample類的類型信息存放在方法區裏。
二、 好啦，資料找到了，下面就開始幹活啦。Java虛擬機作的第一件事情就是在堆區中爲一個新的Sample實例分配內存, 這個Sample實例持有着指向方法區的Sample類的類型信息的引用。這裏所說的引用，實際上指的是Sample類的類型信息在方法區中的內存地址，其實，就是有點相似於C語言裏的指針啦~~，而這個地址呢，就存放了在Sample實例的數據區裏。
三、在JAVA虛擬機進程中，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。OK，原理講完了，就讓咱們來繼續咱們的跟蹤行動！位於「=」前的Test1是一個在main()方法中定義的變量，可見，它是一個局部變量，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，也就是說，它持有指向Sample實例的引用。
OK，到這裏爲止呢，JAVA虛擬機就完成了這個簡單語句的執行任務。參考咱們的行動向導圖，咱們終於初步摸清了JAVA虛擬機的一點點底細了，COOL！
接下來，JAVA虛擬機將繼續執行後續指令，在堆區裏繼續建立另外一個Sample實例，而後依次執行它們的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，定位到方法區去中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。

<三>
在windows中使用taskmanager查看java進程使用的內存時，發現有時候會超過 -Xmx制定的內存大小， -Xmx指定的是java heap，java還要分配內存作其餘的事情，包括爲每一個線程創建棧。
VM的每一個線程都有本身的棧空間，棧空間的大小限制vm的線程數量，太大了，實用的線程數減小，過小容易拋出java.lang.StackOverflowError異常。windows默認爲1M，linux必須運行ulimit -s 2048。
在C語言裏堆(heap)和棧(stack)裏的區別
簡單的能夠理解爲：
heap：是由malloc之類函數分配的空間所在地。地址是由低向高增加的。
stack：是自動分配變量，以及函數調用的時候所使用的一些空間。地址是由高向低減小。
一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分爲如下幾個部分
一、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。
二、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，詳見第3點。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。
　　3. Java中的數據類型有兩種。
　　一種是基本類型(primitive types), 共有8種，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。值得注意的是，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。
　　另外，棧有一個很重要的特殊性，就是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，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。
　　特別注意的是，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.每一個JVM的線程都有本身的私有的棧空間，隨線程建立而建立，java的stack存放的是frames ，java的stack和c的不一樣，只是存放本地變量，返回值和調用方法，不容許直接push和pop frames ，由於frames 多是有heap分配的，因此j爲ava的stack分配的內存不須要是連續的。java的heap是全部線程共享的，堆存放全部 runtime data ，裏面是全部的對象實例和數組，heap是JVM啓動時建立。
　　5. String是一個特殊的包裝類數據。便可以用String str = new String(「abc」);的形式來建立，也能夠用String str = 「abc」；的形式來建立(做爲對比，在JDK 5.0以前，你從未見過Integer i = 3;的表達式，由於類與字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，這種表達式是能夠的！由於編譯器在後臺進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。前者是規範的類的建立過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的實例，所有經過new()的形式來建立。Java 中的有些類，如DateFormat類，能夠經過該類的getInstance()方法來返回一個新建立的類，彷佛違反了此原則。其實否則。該類運用了單例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內部經過new()來建立的，而getInstance()向外部隱藏了此細節。那爲何在String str = 「abc」；中，並無經過new()來建立實例，是否是違反了上述原則？其實沒有。
　　5. 關於String str = 「abc」的內部工做。Java內部將此語句轉化爲如下幾個步驟：
　　(1)先定義一個名爲str的對String類的對象引用變量：String str；
　　(2)在棧中查找有沒有存放值爲」abc」的地址，若是沒有，則開闢一個存放字面值爲」abc」的地址，接着建立一個新的String類的對象o，並將o 的字符串值指向這個地址，並且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。若是已經有了值爲」abc」的地址，則查找對象o，並返回o的地址。
　　(3)將str指向對象o的地址。
　　值得注意的是，通常String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = 「abc」；這種場合下，其字符串值倒是保存了一個指向存在棧中數據的引用！
爲了更好地說明這個問題，咱們能夠經過如下的幾個代碼進行驗證。
　　String str1 = 「abc」;
　　String str2 = 「abc」;
　　System.out.println(str1==str2);  //true
　　注意，咱們這裏並不用str1.equals(str2)；的方式，由於這將比較兩個字符串的值是否相等。==號，根據JDK的說明，只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。而咱們在這裏要看的是，str1與str2是否都指向了同一個對象。
　　結果說明，JVM建立了兩個引用str1和str2，但只建立了一個對象，並且兩個引用都指向了這個對象。
　　咱們再來更進一步，將以上代碼改爲：
　　String str1 = 「abc」;
　　String str2 = 「abc」;
　　str1 = 「bcd」;
　　System.out.println(str1 + 「,」 + str2);  //bcd, abc
　　System.out.println(str1==str2);  //false
　　這就是說，賦值的變化致使了類對象引用的變化，str1指向了另一個新對象！而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當咱們將str1的值改成」bcd」時，JVM發如今棧中沒有存放該值的地址，便開闢了這個地址，並建立了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。
　　事實上，String類被設計成爲不可改變(immutable)的類。若是你要改變其值，能夠，但JVM在運行時根據新值悄悄建立了一個新對象，而後將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個建立過程雖然說是徹底自動進行的，但它畢竟佔用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中，會帶有必定的不良影響。
　　再修改原來代碼：
　　String str1 = 「abc」;
　　String str2 = 「abc」;
　　str1 = 「bcd」;
　　String str3 = str1;
　　System.out.println(str3);  //bcd
　　String str4 = 「bcd」;
　　System.out.println(str1 == str4);  //true
　　str3 這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3並無建立新對象)。當str1改完其值後，再建立一個String的引用str4，並指向因str1修改值而建立的新的對象。能夠發現，這回str4也沒有建立新的對象，從而再次實現棧中數據的共享。
　　咱們再接着看如下的代碼。
　　String str1 = new String(「abc」);
　　String str2 = 「abc」;
　　System.out.println(str1==str2);  //false
　　建立了兩個引用。建立了兩個對象。兩個引用分別指向不一樣的兩個對象。
　　String str1 = 「abc」;
　　String str2 = new String(「abc」);
　　System.out.println(str1==str2);  //false
　　建立了兩個引用。建立了兩個對象。兩個引用分別指向不一樣的兩個對象。
　　以上兩段代碼說明，只要是用new()來新建對象的，都會在堆中建立，並且其字符串是單獨存值的，即便與棧中的數據相同，也不會與棧中的數據共享。
　　6. 數據類型包裝類的值不可修改。不只僅是String類的值不可修改，全部的數據類型包裝類都不能更改其內部的值。
　　7. 結論與建議：
　　(1)咱們在使用諸如String str = 「abc」；的格式定義類時，老是想固然地認爲，咱們建立了String類的對象str。擔憂陷阱！對象可能並無被建立！惟一能夠確定的是，指向 String類的引用被建立了。至於這個引用究竟是否指向了一個新的對象，必須根據上下文來考慮，除非你經過new()方法來顯要地建立一個新的對象。所以，更爲準確的說法是，咱們建立了一個指向String類的對象的引用變量str，這個對象引用變量指向了某個值爲」abc」的String類。清醒地認識到這一點對排除程序中難以發現的bug是頗有幫助的。
　　(2)使用String str = 「abc」；的方式，能夠在必定程度上提升程序的運行速度，由於JVM會自動根據棧中數據的實際狀況來決定是否有必要建立新對象。而對於String str = new String(「abc」)；的代碼，則一律在堆中建立新對象，而無論其字符串值是否相等，是否有必要建立新對象，從而加劇了程序的負擔。這個思想應該是享元模式的思想，但JDK的內部在這裏實現是否應用了這個模式，不得而知。
　　(3)當比較包裝類裏面的數值是否相等時，用equals()方法；當測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時，用==。
　　(4)因爲String類的immutable性質，當String變量須要常常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提升程序效率。