Warum ist Stack-Speicher schneller als Heap-Speicher? Das müssen Sie wissen!

Der Stapelspeicher ist im Allgemeinen viel schneller als der Heapspeicher, und es gibt mehrere Gründe für diesen Geschwindigkeitsunterschied. Lassen Sie es uns aufschlüsseln:

Speicherzugriffsmuster:

Stapel

• Der Stack arbeitet nach dem Last In, First Out (LIFO)-Prinzip. Das bedeutet, dass das Hinzufügen (Push) oder Entfernen (Popping) von Daten zum Stapel ein einfacher Vorgang ist. Die CPU muss nur einen einzelnen Zeiger (den Stapelzeiger) nach oben oder unten bewegen, um Speicher zuzuweisen oder freizugeben.

Ein Stapelzeiger ist ein kleines Register, das die Speicheradresse des letzten zum Stapel hinzugefügten Datenelements oder in einigen Fällen die erste verfügbare Adresse im Stapel speichert.
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• Die Daten im Stapel werden zusammenhängend im Speicher gespeichert, sodass der Zugriff auf Variablen im Stapel aufgrund der guten Cache-Lokalität sehr effizient ist (nahe beieinander liegende Speicherbereiche werden wahrscheinlich zusammen zwischengespeichert).

Cache-Lokalität

Haufen

• Der Heap hat kein einfaches, strukturiertes Zugriffsmuster wie der Stack. Dabei handelt es sich um eine dynamische Speicherzuweisung, die komplexer ist. Das System muss nach verfügbaren Speicherblöcken mit der entsprechenden Größe suchen, was zu einem höheren Overhead führt.

• Objekte im Heap sind über den gesamten Speicher verteilt, was zu Cache-Fehlern und langsameren Zugriffszeiten führt.

Speicherzuweisung/-freigabe:

Stapel

• Speicherzuweisung und -freigabe auf dem Stapel erfolgen sehr schnell, da sie einer vorhersehbaren Reihenfolge folgen. Wenn eine Methode aufgerufen wird, wird ein Stapelrahmen erstellt, und wenn die Methode beendet wird, wird der Stapelrahmen einfach verworfen.

• Es ist keine komplizierte Speicherverwaltung oder Buchhaltung erforderlich, da der Stapel in vorhersehbarer Weise wächst und schrumpft.

Haufen

• Die Speicherzuweisung im Heap erfordert, dass das Betriebssystem (oder der Speicherzuweiser) einen ausreichend großen Block freien Speichers findet, was einige Zeit dauern kann.
• Wenn ein Objekt nicht mehr benötigt wird, beansprucht der Heap diesen Speicher nicht automatisch zurück. Der Garbage Collector (GC) muss ausgeführt werden, um nicht verwendete Objekte zu finden und zu bereinigen, was den Mehraufwand erhöht.
• Im Laufe der Zeit kann es im Heap zu einer Fragmentierung kommen, wodurch es schwieriger wird, zusammenhängende Speicherblöcke zu finden, was die Zuordnung weiter verlangsamt.

Müllabfuhr

Stapel

• Der Stack erfordert keine Garbage Collection. Sobald eine Methode abgeschlossen ist, werden alle ihre lokalen Variablen automatisch vom Stapel entfernt. Dies bedeutet, dass die JVM keine Zeit damit verbringen muss, den Speicher zu bereinigen.

Haufen

• Der Heap erfordert eine Speicherbereinigung, was ein zusätzlicher und manchmal teurer Prozess ist. Der GC muss regelmäßig Objekte finden und entfernen, die nicht mehr verwendet werden. Dieser Vorgang kann Zeit in Anspruch nehmen und zu Leistungseinbußen führen (auch wenn moderne GCs optimiert sind).

Thread-Lokalität

Stapel

• Jeder Thread hat seinen eigenen Stapel, sodass der Stapel von Natur aus threadlokal ist. Dies bedeutet, dass beim Zugriff auf Variablen im Stapel keine Synchronisierung zwischen Threads erforderlich ist.

Haufen

• Der Heap wird von allen Threads in einer Java-Anwendung gemeinsam genutzt, was bedeutet, dass mehrere Threads auf Objekte im Heap zugreifen können. Um Probleme wie Race Conditions zu vermeiden, sind möglicherweise Synchronisierungsmechanismen (Sperren oder andere Formen der Thread-Koordination) erforderlich, die die Leistung verlangsamen können.

Größe und Flexibilität:

Stapel

• Der Stapel hat eine feste Größe pro Thread, die normalerweise viel kleiner als der Heap ist. Da das Problem behoben ist, sind Vorgänge auf dem Stapel vorhersehbarer und schneller.
• Dies bedeutet jedoch auch, dass der Stapel weniger flexibel ist – Sie können auf StackOverflowError stoßen, wenn Sie zu viele Daten zuweisen (z. B. tiefe Rekursion oder große lokale Arrays).

Haufen

• Der Heap ist größer und flexibler, da er Speicher dynamisch zuweisen kann. Allerdings geht diese Flexibilität aufgrund des Overheads der dynamischen Speicherverwaltung mit einer langsameren Leistung einher.

Im Wesentlichen ist der Stack schneller, da er auf vorhersehbare, strukturierte Weise mit geringem Overhead für die Speicherzuweisung und -freigabe arbeitet und von effizienten Speicherzugriffsmustern profitiert. Der Heap hingegen bietet mehr Flexibilität für dynamischen Speicher, allerdings auf Kosten einer langsameren Leistung aufgrund komplexer Speicherverwaltung, möglicher Fragmentierung und der Notwendigkeit einer Speicherbereinigung.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWarum ist Stack-Speicher schneller als Heap-Speicher? Das müssen Sie wissen!. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!