JVM學習之堆和棧

2022-09-15 04:33:13 字數 4374 閱讀 8398

j**a棧與堆

1. 棧(stack)與堆(heap)都是j**a用來在ram中存放資料的地方。與c++不同,j**a自動管理棧和堆,程式設計師不能直接地設定棧或堆。 

2. 棧的優勢是,訪問速度比堆要快,僅次於直接位於cpu中的暫存器。但缺點是,存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。另外,棧資料可以共享,詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小,生存期也不必事先告訴編譯器,j**a的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的資料。但缺點是,由於要在執行時動態分配記憶體,訪問速度較慢。 

3. j**a中的資料型別有兩種。 

一種是基本型別(primitive types), 共有8種,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,並沒有string的基本型別)。這種型別的定義是通過諸如int a = 3; long b = 255l;的形式來定義的,稱為自動變數。值得注意的是,自動變數存的是字面值,不是類的例項,即不是類的引用,這裡並沒有類的存在。如int a = 3; 這裡的a是乙個指向int型別的引用,指向3這個字面值。這些字面值的資料,由於大小可知,生存期可知(這些字面值固定定義在某個程式塊裡面,程式塊退出後,字段值就消失了),出於追求速度的原因,就存在於棧中,另外,棧有乙個很重要的特殊性,就是存在棧中的資料可以共享。假設我們同時定義:

int a = 3; 

int b = 3; 

編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中建立乙個變數為a的引用,然後查詢有沒有字面值為3的位址,沒找到,就開闢乙個存放3這個字面值的位址,然後將a指向3的位址。接著處理int b = 3;在建立完b的引用變數後,由於在棧中已經有3這個字面值,便將b直接指向3的位址。這樣,就出現了a與b同時均指向3的情況。 

特別注意的是,這種字面值的引用與類物件的引用不同。假定兩個類物件的引用同時指向乙個物件,如果乙個物件引用變數修改了這個物件的內部狀態,那麼另乙個物件引用變數也即刻反映出這個變化。相反,通過字面值的引用來修改其值,不會導致另乙個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例,我們定義完a與b的值後,再令a=4;那麼,b不會等於4,還是等於3。在編譯器內部,遇到a=4;時,它就會重新搜尋棧中是否有4的字面值,如果沒有,重新開闢位址存放4的值;如果已經有了,則直接將a指向這個位址。因此a值的改變不會影響到b的值。 

另一種是包裝類資料,如integer, string, double等將相應的基本資料型別包裝起來的類。這些類資料全部存在於堆中,j**a用new()語句來顯示地告訴編譯器,在執行時才根據需要動態建立,因此比較靈活,但缺點是要占用更多的時間。 4. string是乙個特殊的包裝類資料。即可以用string str = new string("abc");的形式來建立,也可以用string str = "abc";的形式來建立(作為對比,在jdk 5.0之前,你從未見過integer i = 3;的表示式,因為類與字面值是不能通用的,除了string。而在jdk 5.0中,這種表示式是可以的!因為編譯器在後台進行integer i = new integer(3)的轉換)。前者是規範的類的建立過程,即在j**a中,一切都是物件,而物件是類的例項,全部通過new()的形式來建立。j**a中的有些類,如dateformat類,可以通過該類的getinstance()方法來返回乙個新建立的類,似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的例項,只不過這個例項是在該類內部通過new()來建立的,而getinstance()向外部隱藏了此細節。那為什麼在string str = "abc";中,並沒有通過new()來建立例項,是不是違反了上述原則?其實沒有。 

5. 關於string str = "abc"的內部工作。j**a內部將此語句轉化為以下幾個步驟: 

(1)先定義乙個名為str的對string類的物件引用變數:string str; 

(2)在棧中查詢有沒有存放值為"abc"的位址,如果沒有,則開闢乙個存放字面值為"abc"的位址,接著建立乙個新的string類的物件o,並將o的字串值指向這個位址,而且在棧中這個位址旁邊記下這個引用的物件o。如果已經有了值為"abc"的位址,則查詢物件o,並返回o的位址。 

(3)將str指向物件o的位址。 

值得注意的是,一般string類中字串值都是直接存值的。但像string str = "abc";這種場合下,其字串值卻是儲存了乙個指向存在棧中資料的引用! 為了更好地說明這個問題,我們可以通過以下的幾個**進行驗證。

string str1 = "abc"; 

string str2 = "abc"; 

system.out.println(str1==str2); //true 

注意,我們這裡並不用str1.equals(str2);的方式,因為這將比較兩個字串的值是否相等。==號,根據jdk的說明,只有在兩個引用都指向了同乙個物件時才返回真值。而我們在這裡要看的是,str1與str2是否都指向了同乙個物件。 

結果說明,jvm建立了兩個引用str1和str2,但只建立了乙個物件,而且兩個引用都指向了這個物件。 

我們再來更進一步,將以上**改成:

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,賦值的變化導致了類物件引用的變化,str1指向了另外乙個新物件!而str2仍舊指向原來的物件。上例中,當我們將str1的值改為"bcd"時,jvm發現在棧中沒有存放該值的位址,便開闢了這個位址,並建立了乙個新的物件,其字串的值指向這個位址。 事實上,string類被設計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值,可以,但jvm在執行時根據新值悄悄建立了乙個新物件,然後將這個物件的位址返回給原來類的引用。這個建立過程雖說是完全自動進行的,但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中,會帶有一定的不良影響。 

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這個物件的引用直接指向str1所指向的物件(注意,str3並沒有建立新物件)。當str1改完其值後,再建立乙個string的引用str4,並指向因str1修改值而建立的新的物件。可以發現,這回str4也沒有建立新的物件,從而再次實現棧中資料的共享。 

string str1 = new string("abc"); 

string str2 = "abc"; 

system.out.println(str1==str2); //false 建立了兩個引用。建立了兩個物件。兩個引用分別指向不同的兩個物件。 

string str1 = "abc"; 

string str2 = new string("abc"); 

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

建立了兩個引用。建立了兩個物件。兩個引用分別指向不同的兩個物件。 

以上兩段**說明,只要是用new()來新建物件的,都會在堆中建立,而且其字串是單獨存值的,即使與棧中的資料相同,也不會與棧中的資料共享。 

6. 資料型別包裝類的值不可修改。不僅僅是string類的值不可修改,所有的資料型別包裝類都不能更改其內部的值。 7. 結論與建議: 

(1)我們在使用諸如string str = "abc";的格式定義類時,總是想當然地認為,我們建立了string類的物件str。擔心陷阱!物件可能並沒有被建立!唯一可以肯定的是,指向string類的引用被建立了。至於這個引用到底是否指向了乙個新的物件,必須根據上下文來考慮,除非你通過new()方法來顯要地建立乙個新的物件。因此,更為準確的說法是,我們建立了乙個指向string類的物件的引用變數str,這個物件引用變數指向了某個值為"abc"的string類。清醒地認識到這一點對排除程式中難以發現的bug是很有幫助的。 

(2)使用string str = "abc";的方式,可以在一定程度上提高程式的執行速度,因為jvm會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新物件。而對於string str = new string("abc");的**,則一概在堆中建立新物件,而不管其字串值是否相等,是否有必要建立新物件,從而加重了程式的負擔。這個思想應該是享元模式的思想,但jdk的內部在這裡實現是否應用了這個模式,不得而知。 

(3)當比較包裝類裡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乙個物件時,用==。 

(4)由於string類的immutable性質,當string變數需要經常變換其值時,應該考慮使用stringbuffer類,以提高程式效率。

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