スタック メモリがヒープ メモリより速いのはなぜですか?知っておくべきことは次のとおりです!

一般に、スタック メモリはヒープ メモリよりもはるかに高速ですが、この速度の差にはいくつかの理由があります。細かく見てみましょう:

メモリアクセスパターン:

スタック

• スタックは後入れ先出し (LIFO) 方式で動作します。これは、スタックへのデータの追加 (プッシュ) またはスタックからのデータの削除 (ポップ) が簡単な操作であることを意味します。 CPU は、単一のポインタ (スタック ポインタ) を上下に移動するだけで、メモリの割り当てまたは割り当て解除を行うことができます。

スタック ポインタは、スタックに追加された最後のデータ要素のメモリ アドレス、または場合によってはスタック内で最初に使用可能なアドレスを格納する小さなレジスタです。
続きを読む

• スタック内のデータはメモリ内に連続して保存されるため、キャッシュの局所性が優れているため、スタック内の変数へのアクセスは非常に効率的です (互いに近いメモリ領域は一緒にキャッシュされる可能性が高くなります)。

キャッシュの場所

ヒープ

• ヒープには、スタックのような単純で構造化されたアクセス パターンがありません。これには動的メモリ割り当てが含まれますが、これはより複雑です。システムは、適切なサイズの利用可能なメモリ ブロックを検索する必要があるため、オーバーヘッドが増加します。

• ヒープ内のオブジェクトはメモリ全体に分散しており、キャッシュミスやアクセス時間の低下につながります。

メモリの割り当て/割り当て解除:

スタック

• スタックでのメモリの割り当てと割り当て解除は、予測可能な順序に従って行われるため、非常に高速です。メソッドが呼び出されるとき、スタック フレームが作成され、メソッドが終了すると、スタック フレームは単に破棄されます。

• スタックは予測可能な方法で拡大および縮小するため、複雑なメモリ管理や簿記は必要ありません。

ヒープ

• ヒープ内のメモリ割り当てでは、オペレーティング システム (またはメモリ アロケータ) が十分な大きさの空きメモリ ブロックを見つける必要があり、時間がかかる場合があります。
• オブジェクトが不要になった場合、ヒープはそのメモリを自動的に再利用しません。未使用のオブジェクトを検索してクリーンアップするにはガベージ コレクター (GC) を実行する必要があるため、オーバーヘッドが増加します。
• 時間の経過とともにヒープ内で断片化が発生する可能性があり、メモリの連続ブロックを見つけることが困難になり、割り当てがさらに遅くなります。

ガベージコレクション

スタック

• スタックにはガベージ コレクションは必要ありません。メソッドが終了すると、そのすべてのローカル変数がスタックから自動的に削除されます。これは、JVM がメモリのクリーンアップに時間を費やす必要がないことを意味します。

ヒープ

• ヒープにはガベージ コレクションが必要ですが、これは追加のプロセスであり、場合によっては高価なプロセスです。 GC は、使用されなくなったオブジェクトを定期的に検索して削除する必要があります。このプロセスには時間がかかり、パフォーマンスの低下が発生する可能性があります (最新の GC は最適化されていますが)。

スレッドの局所性

スタック

• 各スレッドには独自のスタックがあるため、スタックは本質的にスレッドローカルです。これは、スタック内の変数にアクセスするときにスレッド間の同期が必要ないことを意味します。

ヒープ

• ヒープは Java アプリケーションのすべてのスレッドで共有されます。つまり、ヒープ内のオブジェクトには複数のスレッドからアクセスできます。競合状態などの問題を回避するには、パフォーマンスが低下する可能性がある同期メカニズム (ロックまたはその他の形式のスレッド調整) が必要になる場合があります。

サイズと柔軟性:

スタック

• スタックにはスレッドごとに固定サイズがあり、通常はヒープよりもはるかに小さくなります。修正されたため、スタック上の操作はより予測可能かつ高速になります。
• ただし、これはスタックの柔軟性が低いことも意味します。割り当てすぎるデータ (深い再帰や大きなローカル配列など) を割り当てると、StackOverflowError が発生する可能性があります。

ヒープ

• ヒープは動的にメモリを割り当てることができるため、より大きく、より柔軟になります。ただし、この柔軟性には、動的メモリ管理のオーバーヘッドによるパフォーマンスの低下という代償が伴います。

本質的に、スタックは予測可能で構造化された方法で動作し、メモリの割り当てと割り当て解除のオーバーヘッドが低く、効率的なメモリ アクセス パターンの恩恵を受けるため、より高速になります。一方、ヒープは動的メモリの柔軟性を高めますが、その代償として、複雑なメモリ管理、断片化の可能性、ガベージ コレクションの必要性によりパフォーマンスが低下します。

以上がスタック メモリがヒープ メモリより速いのはなぜですか?知っておくべきことは次のとおりです!の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。