Java堆、棧和常量池以及相關String的詳細講解(經(jīng)典中的經(jīng)典)

1、Java堆、棧和常量池以及相關String的詳細講解（經(jīng)典中的經(jīng)典） 博客分類： Java綜合  一：在JAVA中，有六個不同的地方可以存儲數(shù)據(jù)：   1. 寄存器（register）。 這是最快的存儲區(qū)，因為它位于不同于其他存儲區(qū)的地方處理器內(nèi)部。但是寄存器的數(shù)量極其有限，所以寄存器由編譯器根據(jù)需求進行分配。你不能直接控制，也不能在程序中感覺到寄存器存在的任何跡象。     -最快的存儲區(qū), 由編譯器根據(jù)需求進行分配,我們在程序中無法控制.2. 堆棧（stack）。位于通用RAM中，但通過它的“堆棧指針”可以從處理器哪里獲得支持。堆

2、棧指針若向下移動，則分配新的內(nèi)存；若向上移動，則釋放那些 內(nèi)存。這是一種快速有效的分配存儲方法，僅次于寄存器。創(chuàng)建程序時候，JAVA編譯器必須知道存儲在堆棧內(nèi)所有數(shù)據(jù)的確切大小和生命周期，因為它必須生成 相應的代碼，以便上下移動堆棧指針。這一約束限制了程序的靈活性，所以雖然某些JAVA數(shù)據(jù)存儲在堆棧中特別是對象引用，但是JAVA對象不存儲其 中。     -存放基本類型的變量數(shù)據(jù)和對象，數(shù)組的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆（new 出來的對象）或者常量池中（字符串常量對象存放在常量池中）3. 堆（heap）。一種通用性的內(nèi)存池（也存在于RAM中），用于

3、存放所以的JAVA對象。堆不同于堆棧的好處是：編譯器不需要知道要從堆里分配多少存儲區(qū) 域，也不必知道存儲的數(shù)據(jù)在堆里存活多長時間。因此，在堆里分配存儲有很大的靈活性。當你需要創(chuàng)建一個對象的時候，只需要new寫一行簡單的代碼，當執(zhí)行 這行代碼時，會自動在堆里進行存儲分配。當然，為這種靈活性必須要付出相應的代碼。用堆進行存儲分配比用堆棧進行存儲存儲需要更多的時間。   -存放所有new出來的對象。4. 靜態(tài)存儲（static storage）。這里的“靜態(tài)”是指“在固定的位置”。靜態(tài)存儲里存放程序運行時一直存在的數(shù)據(jù)。你可用關鍵字static來標識一個對象的特定元素是靜態(tài)的，但JAVA對

4、象本身從來不會存放在靜態(tài)存儲空間里。  -存放靜態(tài)成員（static定義的） 5. 常量存儲（constant storage）。常量值通常直接存放在程序代碼內(nèi)部，這樣做是安全的，因為它們永遠不會被改變。有時，在嵌入式系統(tǒng)中，常量本身會和其他部分分割離開，所以在這種情況下，可以選擇將其放在ROM中   -存放字符串常量和基本類型常量（public static final） 6. 非RAM存儲。如果數(shù)據(jù)完全存活于程序之外，那么它可以不受程序的任何控制，在程序沒有運行時也可以存在。   -硬盤等永久存儲空間 就速度來說，有如下關系：   

5、0; 寄存器 >堆棧 > 堆 > 其它     這里我們主要關心棧，堆和常量池，對于棧和常量池中的對象可以共享，對于堆中的對象不可以共享。     棧中的數(shù)據(jù)大小和生命周期是可以確定的，當沒有引用指向數(shù)據(jù)時，這個數(shù)據(jù)就會消失。堆中的對象的由垃圾回收器負責回收，因此大小和生命周期不需要確定，具有很大的靈活性。        對于字符串：其對象的引用都是存儲在棧中的，如果是編譯期已經(jīng)創(chuàng)建好(直接用雙引號定義的)的就存儲在常量池中，如

6、果是運行期（new出來的）才能確定的就存儲在堆中。對于equals相等的字符串，在常量池中永遠只有一份，在堆中有多份。     如以下代碼： Java代碼          String s1 = "china"          String s2 = "china"        St

7、ring s3 = "china"          String ss1 = new String("china");          String ss2 = new String("china");          String ss3 = new String("china&q

8、uot;);            這里解釋一下，對于通過 new 產(chǎn)生一個字符串（假設為 ”china” ）時，會先去常量池中查找是否已經(jīng)有了 ”china” 對象，如果沒有則在常量池中創(chuàng)建一個此字符串對象，然后堆中再創(chuàng)建一個常量池中此 ”china” 對象的拷貝對象。        也就是有道面試題： String s = new String(“xyz”); 產(chǎn)生幾個對象？     

9、;    一個或兩個。如果常量池中原來沒有 ”xyz”, 就是兩個。如果原來的常量池中存在“xyz”時，就是一個。        對于基礎類型的變量和常量：變量和引用存儲在棧中，常量存儲在常量池中。         如以下代碼： Java代碼          int i1 = 9;        

10、  int i2 = 9;          int i3 = 9;           public static final int INT1 = 9;          public static final int INT2 = 9;         

11、 public static final int INT3 = 9;            對于成員變量和局部變量：成員變量就是方法外部，類的內(nèi)部定義的變量；     局部變量就是方法或語句塊內(nèi)部定義的變量。局部變量必須初始化。 形式參數(shù)是局部變量，局部變量的數(shù)據(jù)存在于棧內(nèi)存中。棧內(nèi)存中的局部變量隨著方法的消失而消失。 成員變量存儲在堆中的對象里面，由垃圾回收器負責回收。      如以下代碼： Java代碼

12、60;      class BirthDate              private int day;             private int month;             private int year;  

13、60;              public BirthDate(int d, int m, int y)                              day = d;    

14、0;                         month = m;                         

15、60;    year = y;                                    / 省略get,set方法          public class Test   

16、       public static void main(String args)        int date = 9;                Test test = new Test();             

17、0;           test.change(date);                 BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);                  &

18、#160;          public void change1(int i)                  i = 1234;                對于以上這段代碼，date為局部變量，i,d,m,y都是形參為局部變量，day，month，year為成員變量。 

19、; 下面分析一下代碼執(zhí)行時候的變化：   1. main方法開始執(zhí)行：int date = 9; date局部變量，基礎類型，引用和值都存在棧中。   2. Test test = new Test(); test為對象引用，存在棧中，對象(new Test()存在堆中。   3. test.change(date); i為局部變量，引用和值存在棧中。當方法change執(zhí)行完成后，i就會從棧中消失。  4. BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);  d1 為對象引用，存在棧中，對象(ne

20、w BirthDate()存在堆中，其中d，m，y為局部變量存儲在棧中，且它們的類型為基礎類型，因此它們的數(shù)據(jù)也存儲在棧中。 day,month,year為成員變量，它們存儲在堆中(new BirthDate()里面)。當BirthDate構(gòu)造方法執(zhí)行完之后，d,m,y將從棧中消失。   5.main方法執(zhí)行完之后，date變量，test，d1引用將從棧中消失，new Test(),new BirthDate()將等待垃圾回收。 Java堆、棧和常量池詳解（二）1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在RAM中存放數(shù)據(jù)的地方。與C+不同，Java自動

21、管理棧和堆，程序員不能直接地設置?；蚨?。 2. 棧的優(yōu)勢是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數(shù)據(jù)可以共 享，詳見第3點。        堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點是，由于要 在運行時動態(tài)分配內(nèi)存，存取速度較慢。 3. Java中的數(shù)據(jù)類型有兩種。  一種是基本類型(primitive types), 共有8種，即int, short, long,

22、byte, float, double, boolean, char(注意，并沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如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，這里并沒有類的存在。如int a = 3; 這里的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(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊里面，程序塊退出 后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。 另外，棧有一個很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設我們同時定義

23、   int a = 3;   int b = 3； 編 譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用，然后查找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開辟一個存放3這個字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處 理int b = 3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現(xiàn)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對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變量修改了這個對象的內(nèi)部狀態(tài)，那么另一個對 象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修

24、改其值，不會導致另一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的值后，再令a=4；那么，b不會等于4，還是等于3。在編譯器內(nèi)部，遇到a=4；時，它就會重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒有，重新開辟地址存 放4的值；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。    另一種是包裝類數(shù)據(jù)，如Integer, String, Double等將相應的基本數(shù)據(jù)類型包裝起來的類。這些類數(shù)據(jù)全部存在于堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據(jù)需要動態(tài)創(chuàng)建，因此比較靈活，但缺點是要占用更多的時間。  &#

25、160;  舉例如下： Java代碼     public class Test             public static void main(String args)                        int a1=1;    

26、;              int b1=1;                  int c1=2;                  int d1=a1+b1;  &

27、#160;               Integer a = 1;                    Integer b = 2;               &#

28、160;    Integer c = 3;                    Integer d = 3;                    Integer e = 321;   

29、                 Integer f = 321;        Long g = 3L;         System.out.println(a1=b1);   /true  結(jié)果1       &#

30、160;           System.out.println(c1=d1);   /true  結(jié)果2                 System.out.println(c=d);   /true  結(jié)果3        

31、0;           System.out.println(e=f);   /false  結(jié)果4                         分析：   結(jié)果1：a1=b1如上面所述,會在棧 中開辟存儲空間存放數(shù)據(jù)。   

32、;           結(jié)果2：首先它會在棧 中創(chuàng)建一個變量為c1的引用，然后查找有沒有字面值為2的地址，沒找到，就開辟一個存放2這個字面值的地址，然后將c1指向2的地址,d1為兩個字面值相加也為2， 由于在棧中已經(jīng)有2這個字面值，便將d1直接指向2的地址。這樣，就出現(xiàn)了c1與d1同時均指向3的情況。           在分析下面結(jié)果以前讓我們先對Java自動拆箱和裝箱做個了結(jié)：在自動裝箱時，把int變成Integer的時候

33、，是有規(guī)則的，當你的int的值在-128-IntegerCache.high(127) 時，返回的不是一個新new出來的Integer對象，而是一個已經(jīng)緩存在堆 中的Integer對象，（我們可以這樣理解，系統(tǒng)已經(jīng)把-128到127之 間的Integer緩存到一個Integer數(shù)組中去了，如果你要把一個int變成一個Integer對象，首先去緩存中找，找到的話直接返回引用給你就 行了，不必再新new一個），如果不在-128-IntegerCache.high(127) 時會返回一個新new出來的Integer對象。        &#

34、160;     結(jié)果3：由于3是在范圍內(nèi)所以是從緩存中取數(shù)據(jù)的，c和d指向同一個對象，結(jié)果為true;            結(jié)果4：由于321不是在范圍內(nèi)所以不是從緩存中取數(shù)據(jù)的而是單獨有new對象，e和f并沒有指向同一個對象，結(jié)果為false;    4. String是一個特殊的包裝類數(shù)據(jù)。即可以用String str = new String("abc");的形式來創(chuàng)建，也可以用String str = "abc&q

35、uot;；的形式來創(chuàng)建(作為對比，在JDK 5.0之前，你從未見過Integer i = 3;的表達式，因為類與字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，這種表達式是可以的！因為編譯器在后臺進行Integer i = new Integer(3)的轉(zhuǎn)換)。前者是規(guī)范的類的創(chuàng)建過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的實例，全部通過new()的形式來創(chuàng)建。Java 中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創(chuàng)建的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單 例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內(nèi)部通過new()來

36、創(chuàng)建的，而getInstance()向外部隱藏了此細節(jié)。那為什么在String str = "abc"；中，并沒有通過new()來創(chuàng)建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。   4(1)String str = "abc"創(chuàng)建對象的過程 1 首先在常量池中查找是否存在內(nèi)容為"abc"字符串對象 2 如果不存在則在常量池中創(chuàng)建"abc"，并讓str引用該對象 3 如果存在則直接讓str引用該對象至 于"abc"是怎么保存，保存在哪？常量池屬于類信息的一部分，而類信息反映到JVM

37、內(nèi)存模型中是對應存在于JVM內(nèi)存模型的方法區(qū)，也就是說這個類信息 中的常量池概念是存在于在方法區(qū)中，而方法區(qū)是在JVM內(nèi)存模型中的堆中由JVM來分配的，所以"abc"可以說存在于堆中（而有些資料，為了把方法區(qū)的 堆區(qū)別于JVM的堆，把方法區(qū)稱為棧）。一般這種情況下，"abc"在編譯時就被寫入字節(jié)碼中，所以class被加載時，JVM就為"abc"在常量池中 分配內(nèi)存，所以和靜態(tài)區(qū)差不多。      4(2)String str = new String("abc")創(chuàng)建實例的過程 1 首

38、先在堆中（不是常量池）創(chuàng)建一個指定的對象"abc"，并讓str引用指向該對象 2 在字符串常量池中查看，是否存在內(nèi)容為"abc"字符串對象 3 若存在，則將new出來的字符串對象與字符串常量池中的對象聯(lián)系起來 4 若不存在，則在字符串常量池中創(chuàng)建一個內(nèi)容為"abc"的字符串對象，并將堆中的對象與之聯(lián)系起來 intern 方法可以返回該字符串在常量池中的對象的引用，可以通過下面代碼簡單的測試 Java代碼    class StringTest        

39、0; public static void main(String args)               String str1 = "abc"              String str2 = new String("abc").intern();        

40、;      System.out.println(str1=str2);            一個初始為空的字符串池，它由類 String 私有地維護。 當調(diào)用 intern 方法時，如果池已經(jīng)包含一個等于此 String 對象的字符串（用 equals(Object) 方法確定），則返回池中的字符串。否則，將此 String 對象添加到池中，并返回此 String 對象的引用。 它遵循以下規(guī)則：對于任意兩個字符串 s 和 t ，當且僅當  s.equals(t

41、) 為 true 時，ern() = ern() 才為 true 。   所以String str1 = "abc"，str1引用的是常量池（方法區(qū)）的對象，而String str2 = new String("abc")，str2引用的是堆中的對象，所以內(nèi)存地址不一樣，但是內(nèi)容一樣，所以=為false，而equals是true4(3)String str1 = "abc" String str2 = "ab" + "c" str1=str2是ture 是因為Str

42、ing str2 = "ab" + "c"會查找常量池中時候存在內(nèi)容為"abc"字符串對象，如存在則直接讓str2引用該對象，顯然String str1 = "abc"的時候，上面說了，會在常量池中創(chuàng)建"abc"對象，所以str1引用該對象，str2也引用該對象，所以str1=str2 4(4)String str1 = "abc" String str2 = "ab" String str3 = str2 + "c" str1=str

43、3是false 是因為String str3 = str2 + "c"涉及到變量（不全是常量）的相加，所以會生成新的對象，其內(nèi)部實現(xiàn)是先new一個StringBuilder，然后 append(str2),append("c");然后讓str3引用toString()返回的對象 如果想了解更多的細節(jié)，可以自己查看反編譯的代碼，查看反編譯代碼可以用javap， 即 javap -c -verbose 要查看的類文件(.class不要) 比如上面的代碼的示例 javac StringTest.java /編譯 javap -c -verbose S

44、tringTest /反編譯 4(5)String str1 = "abc"       String str2 = "abc"      System.out.println(str1=str2);  /true 注意，     我們這里并不用str1.equals(str2)；的方式，因為這將比較兩個字符串的值是否相等。=號，根據(jù)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。而我們在這里要

45、看的是，str1與str2是否都指向了同一個對象。 結(jié)果說明，JVM創(chuàng)建了兩個引用str1和str2，但只創(chuàng)建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。 4(6)String str1 = "abc"      String str2 = "abc"       str1 = "bcd"       System.out.println(str1 + ",&

46、quot; + str2);  /bcd, abc              System.out.println(str1=str2);  /false 這就是說，賦值的變化導致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象！而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當我們將str1的值改為"bcd"時，JVM發(fā)現(xiàn)在 常量池中沒有存放該值的地址，便開辟了這個地址，并創(chuàng)建了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。 事 實上，String類被設計成為

47、不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個新對象，然后將這 個對象的地址返回給原來類的引用。這個創(chuàng)建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(huán)境中，會帶有一定的不良影響。  4(7)     String str1 = "abc"      String str2 = "abc"               str1 = "bcd"            String str3 = str1;    &#