【轉載】Java 內存分配全面淺析

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本文將由淺入深詳細介紹Java內存分配的原理，以幫助新手更輕鬆的學習Java。這類文章網上有不少，但大多比較零碎。本文從認知過程角度出發，將帶給讀者一個系統的介紹。

進入正題前，首先要知道的是Java程序運行在JVM(Java Virtual Machine，Java虛擬機)上，能夠把JVM理解成Java程序和操做系統之間的橋樑，JVM實現了Java的平臺無關性，因而可知JVM的重要性。因此在學習Java內存分配原理的時候必定要牢記這一切都是在JVM中進行的，JVM是內存分配原理的基礎與前提。

 1. 內存區域

簡單通俗的講，一個完整的Java程序運行過程會涉及如下內存區域：

• 寄存器：JVM內部虛擬寄存器，存取速度很是快，程序不可控制。
• 棧：保存局部變量的值，包括：1. 用來保存基本數據類型的值；2.保存類的實例，即堆區對象的引用(指針)。也能夠用來保存加載方法時的幀。
• 堆：用來存放動態產生的數據，好比new出來的對象。注意建立出來的對象只包含屬於各自的成員變量，並不包括成員方法。由於同一個類的對象擁有各自的成員變量，存儲在各自的堆中，可是他們共享該類的方法，並非每建立一個對象就把成員方法複製一次。
• 常量池：JVM爲每一個已加載的類型維護一個常量池，常量池就是這個類型用到的常量的一個有序集合。包括直接常量(基本類型，String)和對其餘類型、方法、字段的符號引用(1)。池中的數據和數組同樣經過索引訪問。因爲常量池包含了一個類型全部的對其餘類型、方法、字段的符號引用，因此常量池在Java的動態連接中起了核心做用。常量池存在於堆中。
• 代碼段：用來存放從硬盤上讀取的源程序代碼。
• 數據段：用來存放static定義的靜態成員。

下面是內存表示圖：

 

上圖中大體描述了Java內存分配，接下來經過實例詳細講解Java程序是如何在內存中運行的（注：如下圖片引用自尚學堂馬士兵老師的J2SE課件，圖右側是程序代碼，左側是內存分配示意圖，我會一一加上註釋）。

 

預備知識：

1. 一個Java文件，只要有main入口方法，咱們就認爲這是一個Java程序，能夠單獨編譯運行。

2. 不管是普通類型的變量仍是引用類型的變量(俗稱實例)，均可以做爲局部變量，他們均可以出如今棧中。只不過普通類型的變量在棧中直接保存它所對應的值，而引用類型的變量保存的是一個指向堆區的指針，經過這個指針，就能夠找到這個實例在堆區對應的對象。所以，普通類型變量只在棧區佔用一塊內存，而引用類型變量要在棧區和堆區各佔一塊內存。

 

2. 示例

 

 

JVM自動尋找main方法，執行第一句代碼，建立一個Test類的實例：在棧中分配一塊內存，存放一個指向堆區對象的指針110925。

建立一個int型的變量date：因爲是基本類型，直接在棧中存放date對應的值9。

建立兩個BirthDate類的實例d一、d2：在棧中分別存放了對應的指針指向各自的對象。他們在實例化時調用了有參數的構造方法，所以對象中有自定義初始值。

 

 

調用test對象的change1方法，而且以date爲參數：JVM讀到這段代碼時，檢測到i是局部變量，所以會把i放在棧中，而且把date的值賦給i。

 

 

把1234賦給i。很簡單的一步。

 

 

change1方法執行完畢：jvm當即釋放局部變量i所佔用的棧空間。

 

 

調用test對象的change2方法，以實例d1爲參數：JVM檢測到change2方法中的b參數爲局部變量，當即加入到棧中，因爲是引用類型的變量，因此b中保存的是d1中的指針，此時b和d1指向同一個堆中的對象。在b和d1之間傳遞是指針。

 

 

change2方法中又實例化了一個BirthDate對象，而且賦給b：在內部執行過程是，在堆區new了一個對象，而且把該對象的指針保存在棧中的b對應空間，此時實例b再也不指向實例d1所指向的對象，可是實例d1所指向的對象並沒有變化，這樣沒法對d1形成任何影響。

 

 

change2方法執行完畢：jvm當即釋放局部引用變量b所佔的棧空間，注意只是釋放了棧空間，堆空間要等待自動回收。

 

 

調用test實例的change3方法，以實例d2爲參數：同理，JVM會在棧中爲局部引用變量b分配空間，而且把d2中的指針存放在b中，此時d2和b指向同一個對象。再調用實例b的setDay方法，其實就是調用d2指向的對象的setDay方法。

 

 

調用實例b的setDay方法會影響d2，由於兩者指向的是同一個對象。

 

 

change3方法執行完畢：jvm當即釋放局部引用變量b。

 

以上就是Java程序運行時內存分配的大體狀況。其實也沒什麼，掌握了思想就很簡單了。無非就是兩種類型的變量：基本類型和引用類型。兩者做爲局部變量，都放在棧中，基本類型直接在棧中保存值，引用類型只保存一個指向堆區的指針，真正的對象在堆裏。做爲參數時基本類型就直接傳值，引用類型傳指針。

 

小結：

 

1.分清什麼是實例什麼是對象。Class a= new Class();此時a叫實例，而不能說a是對象。實例在棧中，對象在堆中，操做實例其實是經過實例的指針間接操做對象。多個實例能夠指向同一個對象。

2.棧中的數據和堆中的數據銷燬並非同步的。方法一旦結束，棧中的局部變量當即銷燬，可是堆中對象不必定銷燬。由於可能有其餘變量也指向了這個對象，直到棧中沒有變量指向堆中的對象時，它才銷燬，並且還不是立刻銷燬，要等垃圾回收掃描時才能夠被銷燬。

3.以上的棧、堆、代碼段、數據段等等都是相對於應用程序而言的。每個應用程序都對應惟一的一個JVM實例，每個JVM實例都有本身的內存區域，互不影響。而且這些內存區域是全部線程共享的。這裏提到的棧和堆都是總體上的概念，這些堆棧還能夠細分。

4.類的成員變量在不一樣對象中各不相同，都有本身的存儲空間(成員變量在堆中的對象中)。而類的方法倒是該類的全部對象共享的，只有一套，對象使用方法的時候方法才被壓入棧，方法不使用則不佔用內存。

 

3. 常量池

以上分析只涉及了棧和堆，還有一個很是重要的內存區域：常量池，這個地方每每出現一些莫名其妙的問題。常量池是幹嗎的上邊已經說明了，也不必理解多麼深入，只要記住它維護了一個已加載類的常量就能夠了。接下來結合一些例子說明常量池的特性。

預備知識：

基本類型和基本類型的包裝類。基本類型有：byte、short、char、int、long、boolean。基本類型的包裝類分別是：Byte、Short、Character、Integer、Long、Boolean。注意區分大小寫。兩者的區別是：基本類型體如今程序中是普通變量，基本類型的包裝類是類，體如今程序中是引用變量。所以兩者在內存中的存儲位置不一樣：基本類型存儲在棧中，而基本類型包裝類存儲在堆中。上邊提到的這些包裝類都實現了常量池技術，另外兩種浮點數類型的包裝類則沒有實現。另外，String類型也實現了常量池技術。

實例：

 

 1 public class Test {  
 2     public static void main(String[] args) {      
 3         objPoolTest();  
 4     }  
 5   
 6     public static void objPoolTest() {  
 7         int i = 40;  
 8         int i0 = 40;  
 9         Integer i1 = 40;  
10         Integer i2 = 40;  
11         Integer i3 = 0;  
12         Integer i4 = new Integer(40);  
13         Integer i5 = new Integer(40);  
14         Integer i6 = new Integer(0);  
15         
16         Double d1 = 1.0;  
17         Double d2 = 1.0;  
18         double d3 = 2.0;
19         double d4 = 2.0;
20           
21         System.out.println("i=i0 ? " + (i == i0));  
22         System.out.println("i1=i2 ? " + (i1 == i2));  
23         System.out.println("i1=i2+i3 ? " + (i1 == i2 + i3));  
24         System.out.println("i4=i5 ? " + (i4 == i5));  
25         System.out.println("i4=i5+i6 ? " + (i4 == i5 + i6));      
26         System.out.println("d1=d2 ? " + (d1==d2));   
27         System.out.println("d3=d4 ? " + (d3==d4));   
28         System.out.println("d3=d1+d2 ? " + (d3==d1+d2));   
29           
30         System.out.println();          
31     }  
32 } 

 

結果：

 

i=i0 ? true
i1=i2 ? true
i1=i2+i3 ? true
i4=i5 ? false
i4=i5+i6 ? true
d1=d2 ? false
d3=d4 ? true
d3=d1+d2 ? true

 

結果分析：

1.i和i0均是普通類型(int)的變量，因此數據直接存儲在棧中，而棧有一個很重要的特性：棧中的數據能夠共享。當咱們定義了int i = 40;，再定義int i0 = 40;這時候會自動檢查棧中是否有40這個數據，若是有，i0會直接指向i的40，不會再添加一個新的40。

2.i1和i2均是引用類型，在棧中存儲指針，由於Integer是包裝類。因爲Integer包裝類實現了常量池技術，所以i一、i2的40均是從常量池中獲取的，均指向同一個地址，所以i1=12。

3.很明顯這是一個加法運算，Java的數學運算都是在棧中進行的，Java會自動對i一、i2進行拆箱操做轉化成整型，所以i1在數值上等於i2+i3。

4.i4和i5均是引用類型，在棧中存儲指針，由於Integer是包裝類。可是因爲他們各自都是new出來的，所以再也不從常量池尋找數據，而是從堆中各自new一個對象，而後各自保存指向對象的指針，因此i4和i5不相等，由於他們所存指針不一樣，所指向對象不一樣。

5.這也是一個加法運算，和3同理。

6.d1和d2均是引用類型，在棧中存儲指針，由於Double是包裝類。但Double包裝類沒有實現常量池技術，所以Doubled1=1.0;至關於Double d1=new Double(1.0);，是從堆new一個對象，d2同理。所以d1和d2存放的指針不一樣，指向的對象不一樣，因此不相等。

 

小結：

1.以上提到的幾種基本類型包裝類均實現了常量池技術，但他們維護的常量僅僅是【-128至127】這個範圍內的常量，若是常量值超過這個範圍，就會從堆中建立對象，再也不從常量池中取。好比，把上邊例子改爲Integer i1 = 400; Integer i2 = 400;，很明顯超過了127，沒法從常量池獲取常量，就要從堆中new新的Integer對象，這時i1和i2就不相等了。

2.String類型也實現了常量池技術，可是稍微有點不一樣。String型是先檢測常量池中有沒有對應字符串，若是有，則取出來；若是沒有，則把當前的添加進去。

 

凡是涉及內存原理，通常都是博大精深的領域，切勿聽信一家之言，多讀些文章。我在這只是淺析，裏邊還有不少貓膩，就留給讀者探索思考了。但願本文能對你們有所幫助！

 

腳註：

(1) 符號引用，顧名思義，就是一個符號，符號引用被使用的時候，纔會解析這個符號。若是熟悉Linux或unix系統的，能夠把這個符號引用看做一個文件的軟連接，當使用這個軟鏈接的時候，纔會真正解析它，展開它找到實際的文件

對於符號引用，在類加載層面上討論比較多，源碼級別只是一個形式上的討論。

當一個類被加載時，該類所用到的別的類的符號引用都會保存在常量池，實際代碼執行的時候，首次遇到某個別的類時，JVM會對常量池的該類的符號引用展開，轉爲直接引用，這樣下次再遇到一樣的類型時，JVM就再也不解析，而直接使用這個已經被解析過的直接引用。

除了上述的類加載過程的符號引用說法，對於源碼級別來講，就是依照引用的解析過程來區別代碼中某些數據屬於符號引用仍是直接引用，如，System.out.println("test" +"abc");//這裏發生的效果至關於直接引用，而假設某個Strings = "abc"; System.out.println("test" + s);//這裏的發生的效果至關於符號引用，即把s展開解析，也就至關於s是"abc"的一個符號連接，也就是說在編譯的時候，class文件並無直接展看s，而把這個s看做一個符號，在實際的代碼執行時，纔會展開這個。

 

參考文章：

java內存分配研究：http://www.blogjava.net/Jack2007/archive/2008/05/21/202018.html

Java常量池詳解之一道比較蛋疼的面試題：http://www.cnblogs.com/DreamSea/archive/2011/11/20/2256396.html

jvm常量池：http://www.cnblogs.com/wenfeng762/archive/2011/08/14/2137820.html

深刻Java核心 Java內存分配原理精講：http://developer.51cto.com/art/201009/225071.htm