深入理解Java的記憶體分配（圖文）

這篇文章主要介紹了Java 記憶體分配深入理解的相關資料,需要的朋友可以參考下

Java 記憶體分配深入理解

         本文將由淺入深詳細介紹Java記憶體分配的原理，以幫助新手更輕鬆的學習Java。這類文章網路上很多，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程式運作在JVM(Java  Virtual Machine，Java虛擬機)上，可以把JVM理解成Java程式和作業系統之間的橋樑，JVM實現了Java的平台無關性，由此可見JVM的重要性。所以在學習Java記憶體分配原理的時候一定要牢記這一切都是在JVM中進行的，JVM是記憶體分配原理的基礎與前提。

         簡單簡單的講，一個完整的Java程式運作過程會涉及以下記憶體區域：

##         l 存取速度非常快，程式無法控制。

         l  堆疊：

儲存局部

變數的值，包括：1.用來保存基本資料型別的值；2.保存類別的實例，即堆區物件的參考(指標)。也可以用來保存載入方法時的幀。          l  已堆疊：

用來存放動態產生的數據，例如new出來的

物件。注意建立出來的物件只包含屬於各自的成員變量，並不包括成員方法。因為同一個類別的物件擁有各自的成員變量，儲存在各自的堆中，但是他們共享該類別的方法，並不是每創建一個物件就把成員方法複製一次。          l  #常數池：

JVM為每個已載入的型別維護一個常數池，常量池就是這個型別用到的常數的一個有序集合。包括直接常數(基本型，String)和對其他型別、方法、欄位的

符號參考(1)。池中的資料和數組一樣透過索引存取。由於常數池包含了一個型別所有的其他型別、方法、欄位的符號引用，所以常數池在Java的動態連結中扮演了核心角色。 常數池存在於堆中。          l  程式碼片段：

用來存放從硬碟上讀取的原始程式碼。

         l  #資料段：

用來存放

static定義的靜態#成員。 以下是記憶體表示圖：

         上圖中大致描述了Java內存分配，接下來透過實例詳細講解Java程式是如何在內存中運行的（註：以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，我會一一加上註解）。

預備知識：

         1.

一個Java文件，只要有

main入口方法，我們就認為這是一個Java程序，可以單獨編譯運行。          2.

無論是一般類型的變數或是引用型別的變數(俗稱實例)，都可以作為局部變量，他們都可以出現在堆疊中。只不過普通類型的變數在堆疊中直接保存它所對應的值，而引用類型的變數保存的是指向堆區的指針，透過這個指針，就可以找到這個實例在堆區對應的物件。因此，普通型別變數只在棧區佔用一塊內存，而引用型別變數要在棧區和堆區各佔一塊記憶體。

範例：

         1.JVM自動尋找main方法，執行第一句程式碼，建立一個Test類別的實例，在堆疊中分配一塊內存，並存放一個指向堆區物件的指標110925。

         2.建立一個int型的變數date，由於是基本型，直接在堆疊中儲存date對應的值9。

         3.建立兩個BirthDate類別的實例d1、d2，在堆疊中分別存放了對應的指標指向各自的物件。他們在實例化時呼叫了有參數的建構方法，因此物件中有自訂初始值。

         呼叫test物件的change1方法，並以date為參數。 JVM讀到這段程式碼時，偵測到i是局部變量，因此會把i放在堆疊中，並且把date的值賦給i。

         將1234賦給i。很簡單的一步。

         change1方法執行完畢，立即釋放局部變數i所佔用的堆疊空間。

         呼叫test物件的change2方法，以實例d1為參數。 JVM偵測到change2方法中的b參數為局部變量，立即加入堆疊中，由於是引用型別的變量，所以b中保存的是d1中的指針，此時b和d1指向同一個堆中的物件。在b和d1之間傳遞是指標。

         change2方法中實例化了一個BirthDate對象，並且賦給b。在內部執行過程是：在堆區new了一個對象，並且把該對象的指針保存在棧中的b對應空間，此時實例b不再指向實例d1所指向的對象，但是實例d1所指向的對象並無變化，這樣無法對d1造成任何影響。

         change2方法執行完畢，立即釋放局部引用變數b所佔的堆疊空間，注意只是釋放了堆疊空間，堆空間要等待自動回收。

         呼叫test實例的change3方法，以實例d2為參數。同理，JVM會在堆疊中為局部引用變數b分配空間，並且把d2中的指標存放在b中，此時d2和b指向同一個物件。再呼叫實例b的setDay方法，其實就是呼叫d2所指向的物件的setDay方法。

         呼叫實例b的setDay方法會影響d2，因為二者指向的是同一個對象。

         change3法上完成，並立即釋放局部引用變數b。

         以上就是Java程式執行時間記憶體分配的大致狀況。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數：基本型別和參考型別。二者作為局部變量，都放在堆疊中，基本型別直接在棧中保存值，引用型別只保存一個指向堆區的指針，真正的物件在堆裡。作為參數時基本型別就直接傳值，引用型別傳指標。

 小結：

         1.釐清什麼是實例什麼是物件。 Class a= new Class();此時a叫實例，而不能說a是物件。實例在堆疊中，物件在堆疊中，操作實例實際上是透過實例的指標間接操作物件。多個實例可以指向同一個物件。

         2.堆疊中的資料和堆疊中的資料銷毀並不是同步的。方法一旦結束，棧中的局部變數立即銷毀，但是堆中物件不一定銷毀。因為可能有其他變數也指向了這個對象，直到棧中沒有變數指向堆中的對象時，它才銷毀，而且還不是馬上銷毀，要等垃圾回收掃描時才可以被銷毀。

         3.以上的堆疊、堆疊、程式碼段、資料段等等都是相對於應用程式而言的。每一個應用程式都對應唯一的一個JVM實例，每個JVM實例都有自己的記憶體區域，互不影響。並且這些記憶體區域是所有執行緒共享的。這裡提到的堆疊和堆都是整體上的概念，這些堆疊還可以細分。

         4.類別的成員變數在不同物件中各不相同，都有自己的儲存空間(成員變數在堆中的物件中)。而類別的方法卻是該類別的所有物件共享的，只有一套，物件使用方法的時候方法才被壓入棧，方法不使用則不佔用記憶體。

         以上分析只涉及了堆疊和堆，以及一個非常重要的記憶體區域：常數池，而這個地方往往會出現一些莫名其妙的問題。常量池是幹嘛的上邊已經說明了，也沒必要理解多麼深刻，只要記住它維護了一個已加載類別的常數就可以了。接下來結合一些例子說明常數池的特性。

預備知識：

         基本型別與基本型別的包裝類別。基本型別有：byte、short、char、int、long、boolean。基本型別的包裝類別分別是：Byte、Short、Character、Integer、Long、Boolean。注意區分大小寫。二者的差別是：基本型別體現在程式中是普通變量，基本型別的包裝類是類，體現在程式中是引用變數。因此二者在記憶體中的儲存位置不同：基本型別儲存在棧中，而基本型別包裝類別儲存在堆中。上邊提到的這些包裝類別都實作了常數池技術，另外兩種浮點數類型的包裝類別則沒有實作。另外，String類型也實作了常量池技術。

實例：

public class test { 
  public static void main(String[] args) {   
    objPoolTest(); 
  } 
 
  public static void objPoolTest() { 
    int i = 40; 
    int i0 = 40; 
    Integer i1 = 40; 
    Integer i2 = 40; 
    Integer i3 = 0; 
    Integer i4 = new Integer(40); 
    Integer i5 = new Integer(40); 
    Integer i6 = new Integer(0); 
    Double d1=1.0; 
    Double d2=1.0; 
     
    System.out.println("i=i0\t" + (i == i0)); 
    System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2)); 
    System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3)); 
    System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5)); 
    System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));   
    System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));  
     
    System.out.println();     
  } 
}

結果：

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

結果分析：

         1.i與i0皆為一般型別(int)的變量，所以資料直接儲存於堆疊中，而堆疊有一個很重要的特性：堆疊中的數據可以共享。當我們定義了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，如果有，i0會直接指向i的40，不會再增加一個新的40。

         2.i1和i2皆為參考型，在堆疊中儲存指針，因為Integer是包裝類別。由於Integer 包裝類別實現了常數池技術，因此i1、i2的40均是從常數池中取得的，且均指向同一個位址，因此i1=12。

         3.很明顯這是一個加法運算，Java的數學運算都是在堆疊中進行的，Java會自動對i1、i2進行拆箱操作轉換成整數，因此i1在數值上等於i2+i3。

         4.i4和i5 皆為參考類型，並在堆疊中儲存指針，因為Integer是包裝類別。但由於他們各自都是new出來的，因此不再從常數池尋找數據，而是從堆中各自new一個對象，然後各自保存指向對象的指針，所以i4和i5不相等，因為他們所存指針不同，所指向對像不同。

         5.這也是加法運算，且3以同理。

         6.d1和d2皆為引用型，在堆疊中儲存指針，因為Double是包裝類別。但Double包裝類別沒有實作常數池技術，因此Doubled1=1.0;相當於Double d1=new Double(1.0);，是從堆new一個對象，d2同理。因此d1和d2存放的指標不同，指向的物件不同，所以不相等。

小結：

         1.上述提到的幾種基本型別包裝類別均實現了常數池技術，但他們維護的常數僅是【-128至127】這個範圍內的常數，如果常數值超過這個範圍，就會從堆中建立物件，不再從常數池中取。例如，把上邊例子改成Integer i1 = 400; Integer i2 = 400;，很明顯超過了127，無法從常數池獲取常量，就要從堆中new新的Integer對象，這時i1和i2就不相等了。

         2.String類型也實作了常數池技術，但稍微有點不同。 String型是先偵測常數池中有沒有對應字串，如果有，則取出來；如果沒有，則把目前的加入進去。

註腳：

         (1) 符號引用，顧名思義，是一種符號，符號被引用被使用的時候，才會解析這個符號。如果熟悉Linux或unix系統的，可以把這個符號引用看作一個文件的軟鏈接，當使用這個軟連接的時候，才會真正解析它，展開它找到實際的文件

對於符號引用，在類別載入層面上討論比較多，原始碼層級只是一個形式上的討論。

當一個類別被載入時，該類別所用到的別的類別的符號引用都會保存在常數池，實際程式碼執行的時候，首次遇到某個別的類別時，JVM會對常數池的該類別的符號引用展開，轉為直接引用，這樣下次再遇到同樣的型別時，JVM就不再解析，而直接使用這個已經被解析過的直接引用。

除了上述的類別載入過程的符號引用說法，對於原始碼層級來說，就是依照引用的解析過程來區別程式碼中某些資料屬於符號引用還是直接引用，如，System. out.println("test" +"abc");//這裡發生的效果相當於直接引用，而假設某個Strings = "abc"; #System.out. println("test" + s);//這裡的發生的效果相當於符號引用，即把s展開解析，也就相當於s是"abc"的一個符號鏈接，也就是說在編譯的時候，class檔並沒有直接展看s，而把這個s看成一個符號，在實際的程式碼執行時，才會展開這個。

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