關於Java棧與堆的思考

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. 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。