Java內存管理的一些小疑問

前言

一直以來都在接受一個論調：在Java的內存管理中，基礎類型變量保存在棧中，對象類型保存在堆中。 這實際上是一個很粗的論調，會引發不少錯誤的理解。

這篇博客的產出，僅是由於腦子裏偶然間冒出來的一個問題：java棧內存的內存回收是怎麼作的？ 由於這個問題，引起了一系列的小問題：全部的基礎類型變量都保存在棧中嗎？棧和堆上都在運行着咱們熟悉的GC嗎？怎麼都感受GC算法在棧這種結構上無法跑啊……堆內存，棧內存到底是什麼樣的？

這裏我很是推薦你閱讀一本關於java虛擬機的書：《深刻理解java虛擬機》 -- 周志明

Java棧內存

Java棧內存的內存回收是怎麼作的？彷佛由於這個問題過小白了，大部分關於JAVA GC的博客都不會特別的指明，GC是運行在JAVA內存堆上的。但也是由於這個緣由，對於一些基礎知識不太好的小白（好比我），看多了這種博客以後，想固然的認爲了GC負責了整個java內存的管理，好像~棧內存也是由GC進行回收的……（畢竟棧的全名還叫堆棧呢）

當有一天我翅膀硬了點，忽然醒悟，棧這種只能在一頭進出的數據結構，跑的是什麼GC算法？？？如此簡單的數據結構，也不須要GC了吧？

終於在查閱了不少資料後，確認了一個問題：GC運行在JAVA堆上，負責java堆內存的回收。

那麼確認這個大前提下，後面連續不斷的問題就都冒出來了：棧內存是怎麼進行內存回收的？全部的基礎類型變量都保存在棧內存中嗎？

棧嘛，僅容許在線性表的一端進行插入和刪除運算，因此分配內存就在棧頂插進去一塊，回收，就從棧頂取出來。

這種管理結構，從方法的角度其實很容易理解，咱們看下面一段僞代碼：

public void main(){
    	method1();
    }

	public void method1(){
    	...
        method2();
    }
    
    public void method2(){
    	...
        method3();
    }
    
    public void method3(){
    	...
        //end
    }

複製代碼

代碼很簡單，main方法調用了method1,method2調用了method3，method3結束了。用圖的形式更直觀：

從main方法開始執行，各方法依次入棧，每一個方法執行的同時，都會建立一個棧幀，而後進入虛擬機棧。

method3方法執行結束後，各方法（棧幀）依次出棧：

這就是java棧內存，用《深刻理解java虛擬機》一段話來描述：

java虛擬機棧也是線程私有的，他的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是java方法執行的內存模式：每一個方法在執行的同時都會建立一個棧幀用於存儲局部變量表，操做數棧，動態連接，方法出口等信息。每個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機中入棧到出棧的過程。

OK，到這裏咱們基本上能夠解決第二個問題：java棧內存的內存回收就是利用方法和棧的特性來作的！

那麼第三個問題：全部的基礎類型變量都保存在棧中嗎？

其實這個問題已經不太須要再查資料驗證了，咱們本身就能夠分析出結果。 棧內存主要描述的是java方法執行的內存模型，一個方法內部的局部變量生命週期跟隨方法的開始和結束，管理起來很是簡單，因此方法內部的局部變量保存在棧中沒毛病！ 可是對象內部的基礎類型成員變量呢？這個生命週期就比較複雜了，有明確的開始卻沒有明確的結束，放到棧中明顯沒法管理。因此，只有方法內的基礎類型變量纔會保存在棧中！

第四個問題：咱們知道棧的回收效率和速度遠大於堆，爲何這一塊的管理如此簡單快速呢？

繼續引用《深刻理解java虛擬機》一段話來描述java棧內存：

常常有人把java內存區分爲堆內存和棧內存，這種分法比較粗糙，java內存區域的劃分實際上遠比這發雜。這種劃分方式的流行只能說明大多數程序員最關注的、與對象內存分配關係最密切的內存區域是這兩塊。其中所指的「棧」就是如今講的虛擬機棧，或者說是虛擬機棧中局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯器可知的各類基本數據類型、對象引用和returnAddress類型。 其中64位長度的long和double類型的數據會佔用2個局部變量空間（slot），其他的數據類型只佔用1個。局部變量表所需的內存空間在編譯期完成分配，當進入一個方法時，這個方法須要在幀中分配多大的局部變量空間是徹底肯定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。

第五個問題：如此簡單高效的棧內存，會內存溢出嗎？

雖然大部分虛擬機的棧均可以動態擴展，但也並非無限的。雖然棧溢出的狀況比較小，但當有大量方法調用時很是有可能引發棧溢出，很是典型的案例就是遞歸調用。

總結

解決了兩個常見的誤解或沒有關注的點：GC運行在棧仍是堆仍是二者都有；全部基本類型變量都保存在棧中嗎？

java GC僅運行在堆內存上，回收效率較低。 棧內存僅描述了java方法的內存模型，每一個方法所需的內存空間在編譯器就已經確認，利用棧的特性完成內存分配和回收。 基礎類型變量僅方法內的局部變量保存在棧內存中，成員變量保存在堆中。

雖然沒有定量的標準，也沒有辦法得出優化先後的對比量。但在開發中，咱們應該有意識的減小成員變量，若是數據能夠在方法間傳遞，就沒有必要利用成員變量作中間狀態保存。同時業務開發避免方法的遞歸調用。