JVM內存分配原理

堆棧常量池等內存分配原理詳解

存儲的方式：

• 寄存器
• 棧(stack)
• 堆(heap)
• 靜態域
• 常量池
• 非RAM存儲

JAVA寄存器

最快的存儲區, 由編譯器根據需求進行分配,咱們在程序中沒法控制. 

全部進程都使用寄存器，Java虛擬機使用下列寄存器管理系統堆棧：

    程序記數寄存器：跟蹤程序執行的準確位置

    堆棧指針寄存器：指示操做棧項

    框架寄存器：指向當前執行的環境

    變量寄存器：指向當前執行環境中第一個本地變量

    Java開發組決定Java只使用四個寄存器，這是由於若是使用的寄存器數多於處理器端口數，那麼處理器的效率將嚴重地下降

    Java虛擬機中的堆棧用於存放變量，Java程序向Java虛擬機傳遞字節碼，Java虛擬機爲每一個方法建立堆棧框架，每一個框架維護三種信息：

    局部變量：由變量寄存器指向的32位變量數組

    執行環境：由框架寄存器指向和執行的方法

    操做堆棧：執行先進先出規則（FIFO），它是32位寬度的，它爲操做碼維護必要的參數，該堆棧的頂部是由堆棧指針寄存器索引的

   

這是速度最快的存儲場所，由於寄存器位於處理器內部，這一點和其餘的存儲媒介都不同。不過寄存器個數是有限的。

在內存中的寄存器區域是由編譯器根據須要來分配的。咱們程序開發人員不可以經過代碼來控制這個寄存器的分配。

因此說，這第一個存儲區域寄存器，咱們只可以看看，而不可以對其產生任何的影響。，也沒辦法在程序裏頭感受到寄存器的任何存在跡象

棧(stack)

棧：存放8種基本類型的變量數據和對象的引用

在函數中定義的一些基本類型(int long…)的變量數據和對象的引用都在函數的棧中分配。 當在一段代碼塊定義一個局部變量時，Java在棧中爲這個變量分配內存空間，當該變量退出其做用域後，Java會自動釋放掉爲該變量所分配的內存空間，該內存空間能夠當即被另做他用。

堆(heap)

堆相對棧比較大，存放全部new出來的對象。 在堆中分配的內存，由JVM的GC來管理。 因此裏面的變量的週期是無規律的，而不是像棧同樣編譯器提早就知道週期、大小等。

　　在堆中產生了一個數組或對象後，還能夠 在棧中定義一個特殊的變量，讓棧中這個變量的取值等於數組或對象在堆內存中的首地址，棧中的這個變量就成了數組或對象的引用變量。 引用變量就至關因而 爲數組或對象起的一個名稱，之後就能夠在程序中使用棧中的引用變量來訪問堆中的數組或對象。引用變量就至關因而爲數組或者對象起的一個名稱。

　　引用變量是普通的變量，定義時在棧中分配，引用變量在程序運行到其做用域以外後被釋放。而數組和對象自己在堆中分配，即便程序運行到使用 new 產生數組或者對象的語句所在的代碼塊以外，數組和對象自己佔據的內存不會被釋放，數組和對象在沒有引用變量指向它的時候，才變爲垃圾，不能再被使用，但仍然佔據內存空間不放，在隨後的一個不肯定的時間被垃圾回收器收走（釋放掉）。這也是 Java 比較佔內存的緣由。

　　實際上，棧中的變量指向堆內存中的變量，這就是Java中的指針！ 

　　  

靜態域

存放靜態成員（static修飾的）

常量池

常量池如何觸發的垃圾回收？

Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量表(constant_pool table)，用於存放編譯期已可知的常量，這部份內容將在類加載後進入方法區（永久代）存放。可是Java語言並不要求常量必定只有編譯期預置入Class的常量表的內容才能進入方法區常量池，運行期間也可將新內容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。

GC的做用主要是用來卸載類和回收常量池，固然有部分方法區，即便永久代（Perm Space）也會必定的回收

   

存放字符串常量和基本類型常量（public static final） 

　常量池指的是在編譯期被肯定，並被保存在已編譯的.class文件中的一些數據。除了包含代碼中所定義的各類基本類型（如int、long等等）和對象型（如String及數組）的常量值(final修飾)。

　　虛擬機必須爲每一個被裝載的類型維護一個常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個有序集和，包括直接常量（string,integer和 floating point常量）和對其餘類型，字段和方法的符號引用。

　　對於String常量，它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在內存當中是以表的形式存在的， 對於String類型，有一張固定長度的CONSTANT_String_info表用來存儲文字字符串值，注意：該表只存儲文字字符串值，不存儲符號引 用。說到這裏，對常量池中的字符串值的存儲位置應該有一個比較明瞭的理解了。在程序執行的時候,常量池 會儲存在Method Area,方法區，而不是堆中。

堆和棧的關係：

Java的堆是一個運行時數據區,類的(對象從中分配空間。這些對象經過new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令創建，它們不須要程序代碼來顯式的釋放。堆的回收是由GC來負責的，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，由於它是在運行時動態分配內存的，GC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。

　　棧的優點是，存取速度比堆要快，僅次於寄存器，棧數據能夠共享。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。棧中主要存放一些基本類型的變量數據（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和對象句柄(引用)。

　　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，而後查找棧中是否有3這個值，若是沒找到，就將3存放進來，而後將a指向3。接着處理int b = 3；在建立完b的引用變量後，由於在棧中已經有3這個值，便將b直接指向3。這樣，就出現了a與b同時均指向3的狀況。

　　這時，若是再令 a=4；那麼編譯器會從新搜索棧中是否有4值，若是沒有，則將4存放進來，並令a指向4；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。

　　要注意這種數據的共享與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共享是不一樣的，由於這種狀況a的修改並不會影響到b, 它是由編譯器完成的，它有利於節省空間。而一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態，會影響到另外一個對象引用變量。

Show me the code：

　　String str = new String("abc"); String str = "abc"; 兩種的形式來建立，第一種是用new()來新建對象的，它會在存放於堆中。每調用一次就會建立一個新的對象。而第二種是先在棧中建立一個對String類的對象引用變量str，而後經過符號引用去字符串常量池 裏找有沒有"abc",若是沒有，則將"abc"存放進字符串常量池 ，並令str指向"abc"，若是已經有"abc" 則直接令str指向"abc"。

　　比較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==，下面用例子說明上面的理論。

String str1 = "abc"; 

　　String str2 = "abc"; 

　　System.out.println(str1==str2); //true 不少人知其然不知其因此然，在這裏多一句，java中的String用了一種叫享元模式的設計模式，這樣的設計避免了在建立N多相

單例模式(Singleton)的定義：是爲了確保一個類只能產生一個實例，從而節省對象建立所花費的時間，從而對系統內存使用頻率也會減低。

享元模式（FlyWeight)的定義：是爲系統中存在多個相同的對象，那麼只須要共享一個對象的拷貝。

同對象時所產生的沒必要要的大量的資源消耗。 

　　能夠看出str1和str2是指向同一個對象的。 

　　String str1 =new String ("abc"); 

　　String str2 =new String ("abc"); 

　　System.out.println(str1==str2); // false 

　　用new的方式是生成不一樣的對象。每一次生成一個。

　　所以用第二種方式建立多個"abc"字符串,在內存中 其實只存在一個對象而已. 這種寫法有利與節省內存空間. 同時它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。

　　另外一方面, 要注意: 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，建立了String類的對象str。擔憂陷阱！對象可能並無被建立！而可能只是指向一個先前已經建立的對象。只有經過new()方法才能保證每次都建立一個新的對象。

　　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。

　　1. 首先String不屬於8種基本數據類型，String是一個對象。由於對象的默認值是null，因此String的默認值也是null；但它又是一種特殊的對象，有其它對象沒有的一些特性。 

　　2. new String()和new String("")都是申明一個新的空字符串，是空串不是null；

　　3. String str="kvill"；String str=new String ("kvill")的區別

示例：

　　String s0="kvill"; 

　　String s1="kvill"; 

　　String s2="kv" + "ill"; 

　　System.out.println( s0==s1 ); 

　　System.out.println( s0==s2 ); 

　　結果爲：true true

　　首先，咱們要知結果爲道JAVA 會確保一個字符串常量只有一個拷貝。

　　由於例子中的 s0和s1中的"kvill"都是字符串常量，它們在編譯期就被肯定了，因此s0==s1爲true；而"kv"和"ill"也都是字符串常量，當一個字符串由多個字符串常量鏈接而成時，它本身確定也是字符串常量，因此s2也一樣在編譯期就被解析爲一個字符串常量，因此s2也是常量池中" kvill"的一個引用。因此咱們得出s0==s1==s2；用new String() 建立的字符串不是常量，不能在編譯期就肯定，因此new String() 建立的字符串不放入常量池中，它們有本身的地址空間。

　　示例：

　　String s0="kvill"; 

　　String s1=new String("kvill"); 

　　String s2="kv" + new String("ill"); 

　　System.out.println( s0==s1 ); 

　　System.out.println( s0==s2 ); 

　　System.out.println( s1==s2 ); 

　　結果爲：false false false

　　例2中s0仍是常量池 中"kvill"的應用，s1由於沒法在編譯期肯定，因此是運行時建立的新對象"kvill"的引用，s2由於有後半部分 new String("ill")因此也沒法在編譯期肯定，因此也是一個新建立對象"kvill"的應用;明白了這些也就知道爲什麼得出此結果了。

　　4. String.intern()：

　　再補充介紹一點：存在於.class文件中的常量池，在運行期被JVM裝載，而且能夠擴充。String的 intern()方法就是擴充常量池的一個方法；當一個String實例str調用intern()方法時，Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量，若是有，則返回其的引用，若是沒有，則在常量池中增長一個Unicode等於str的字符串並返回它的引用；看示例就清楚了

　　示例：

　　String s0= "kvill"; 

　　String s1=new String("kvill"); 

　　String s2=new String("kvill"); 

　　System.out.println( s0==s1 ); 

　　System.out.println( "****" ); 

　　s1.intern(); 

　　s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用賦給s2 

　　System.out.println( s0==s1); 

　　System.out.println( s0==s1.intern() ); 

　　System.out.println( s0==s2 );

　　結果爲：false false //雖然執行了s1.intern(),但它的返回值沒有賦給s1 true //說明s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用 true

　　最後我再破除一個錯誤的理解：有人說，"使用 String.intern() 方法則能夠將一個 String 類的保存到一個全局 String 表中 ，若是具備相同值的 Unicode 字符串已經在這個表中，那麼該方法返回表中已有字符串的地址，若是在表中沒有相同值的字符串，則將本身的地址註冊到表中"若是我把他說的這個全局的 String 表理解爲常量池的話，他的最後一句話，"若是在表中沒有相同值的字符串，則將本身的地址註冊到表中"是錯的：

　　示例：

　　String s1=new String("kvill"); 

　　String s2=s1.intern(); 

　　System.out.println( s1==s1.intern() ); 

　　System.out.println( s1+" "+s2 ); 

　　System.out.println( s2==s1.intern() ); 

　　結果：false kvill kvill true

　　在這個類中咱們沒有聲名一個"kvill"常量，因此常量池中一開始是沒有"kvill"的，當咱們調用s1.intern()後就在常量池中新添加了一 個"kvill"常量，原來的不在常量池中的"kvill"仍然存在，也就不是"將本身的地址註冊到常量池中"了。

　　s1==s1.intern() 爲false說明原來的"kvill"仍然存在；s2如今爲常量池中"kvill"的地址，因此有s2==s1.intern()爲true。

　　5. 關於equals()和==:

　　這個對於String簡單來講就是比較兩字符串的Unicode序列是否至關，若是相等返回true;而==是 比較兩字符串的地址是否相同，也就是是不是同一個字符串的引用。

　　6. 關於String是不可變的

　　這一說又要說不少，你們只 要知道String的實例一旦生成就不會再改變了，好比說：String str="kv"+"ill"+" "+"ans"; 就是有4個字符串常量，首先"kv"和"ill"生成了"kvill"存在內存中，而後"kvill"又和" " 生成 "kvill "存在內存中，最後又和生成了"kvill ans";並把這個字符串的地址賦給了str,就是由於String的"不可變"產生了不少臨時變量，這也就是爲何建議用StringBuffer的原 因了，由於StringBuffer是可改變的。

　　下面是一些String相關的常見問題：

　　String中的final用法和理解 

　　final StringBuffer a = new StringBuffer("111"); 

　　final StringBuffer b = new StringBuffer("222"); 

　　a=b;//此句編譯不經過 final StringBuffer a = new StringBuffer("111"); 

　　a.append("222");// 編譯經過

　　可見，final只對引用的"值"(即內存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那個對象，改變它的指向會致使編譯期錯誤。至於它所指向的對象 的變化，final是不負責的。 

　  

String常量池問題的幾個例子

　　下面是幾個常見例子的比較分析和理解：

　　String a = "a1"; 

　　String b = "a" + 1; 

　　System.out.println((a == b)); //result = true 

　　String a = "atrue"; 

　　String b = "a" + "true"; 

　　System.out.println((a == b)); //result = true 

　　String a = "a3.4"; 

　　String b = "a" + 3.4; 

　　System.out.println((a == b)); //result = true

　　分析：JVM對於字符串常量的"+"號鏈接，將程序編譯期，JVM就將常量字符串的"+"鏈接優化爲鏈接後的值，拿"a" + 1來講，經編譯器優化後在class中就已是a1。在編譯期其字符串常量的值就肯定下來，故上面程序最終的結果都爲true。

　　String a = "ab"; 

　　String bb = "b"; 

　　String b = "a" + bb; 

　　System.out.println((a == b)); //result = false

　　分析：JVM對於字符串引用，因爲在字符串的"+"鏈接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序編譯期是沒法肯定的，即"a" + bb沒法被編譯器優化，只有在程序運行期來動態分配並將鏈接後的新地址賦給b。因此上面程序的結果也就爲false。

　　String a = "ab"; 

　　final String bb = "b"; 

　　String b = "a" + bb; 

　　System.out.println((a == b)); //result = true

　　分析：和[3]中惟一不一樣的是bb字符串加了final修飾，對於final修飾的變量，它在編譯時被解析爲常量值的一個本地拷貝存儲到本身的常量池中或嵌入到它的字節碼流中。因此此時的"a" + bb和"a" + "b"效果是同樣的。故上面程序的結果爲true。

　　String a = "ab"; 

　　final String bb = getBB(); 

　　String b = "a" + bb; 

　　System.out.println((a == b)); 

　　 //result = false 

　　private static String getBB() { 

　　 return "b"; 

　　}

　　分析：JVM對於字符串引用bb，它的值在編譯期沒法肯定，只有在程序運行期調用方法後，將方法的返回值和"a"來動態鏈接並分配地址爲b，故上面 程序的結果爲false。

　　經過上面4個例子能夠得出得知： 

　　String s = "a" + "b" + "c"; 就等價於String s = "abc";

　　String a = "a"; 

　　String b = "b"; 

　　String c = "c"; 

　　String s = a + b + c; 

　　這個就不同了，最終結果等於： 

　　StringBuffer temp = new StringBuffer(); 

　　temp.append(a).append(b).append(c); 

　　String s = temp.toString();

　　由上面的分析結果，可就不難推斷出String 採用鏈接運算符（+）效率低下緣由分析，形如這樣的代碼：

　　public class Test {

　　public static void main(String args[]) {

　　String s = null;

　　for(int i = 0; i < 100; i++) {

　　s += "a";

　　}

　　}

　　}

　　每作一次 + 就產生個StringBuilder對象，而後append後就扔掉。下次循環再到達時從新產生個StringBuilder對象，而後 append 字符串，如此循環直至結束。若是咱們直接採用 StringBuilder 對象進行 append 的話，咱們能夠節省 N - 1 次建立和銷燬對象的時間。因此對於在循環中要進行字符串鏈接的應用，通常都是用StringBuffer或StringBulider對象來進行 append操做。

　　String對象的intern方法理解和分析：

　　public class Test4 {

　　private static String a = "ab";

　　public static void main(String[] args){

　　String s1 = "a";

　　String s2 = "b";

　　String s = s1 + s2;

　　System.out.println(s == a);//false

　　System.out.println(s.intern() == a);//true

　　}

　　}

　　這裏用到JAVA裏面是一個常量池的問題。對於s1+s2操做，實際上是在堆裏面從新建立了一個新的對象,s保存的是這個新對象在堆空間的的內容，所 以s與a的值是不相等的。而當調用s.intern()方法，卻能夠返回s在常量池中的地址值，由於a的值存儲在常量池中，故s.intern和a的值相等。

總結：

棧中用來存放一些原始數據類型的局部變量數據和對象的引用(String,數組.對象等等)但不存放對象內容.|堆中存放使用new關鍵字建立的對象.字符串是一個特殊包裝類,其引用是存放在棧裏的,而對象內容必須根據建立方式不一樣定(常量池和堆).有的是編譯期就已經建立好，存放在字符串常量池中，而有的是運行時才被建立.使用new關鍵字，存放在堆中。