Java内存分配与管理是Java的核心技术之一之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存洩露以及Java垃圾回收方面的知识今天我们再次深入Java核心详细介绍一下Java在内存分配方面的知识一般Java在内存分配时会涉及到以下区域
◆寄存器我们在程序中无法控制
◆栈存放基本类型的数据和对象的引用但对象本身不存放在栈中而是存放在堆中
◆堆存放用new产生的数据
◆静态域存放在对象中用static定义的静态成员
◆常量池存放常量
◆非RAM存储硬盘等永久存储空间
Java内存分配中的栈
在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配
当在一段代码块定义一个变量时Java就在栈中 为这个变量分配内存空间当该变量退出该作用域后Java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间该内存空间可以立即被另作他用
Java内存分配中的堆
堆内存用来存放由new创建的对象和数组 在堆中分配的内存由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理
在堆中产生了一个数组或对象后还可以 在栈中定义一个特殊的变量让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量 引用变量就相当于是 为数组或对象起的一个名称以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象引用变量就相当于是为数组或者对象起的一个名称
引用变量是普通的变量定义时在栈中分配引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放而数组和对象本身在堆中分配即使程序 运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外数组和对象本身占据的内存不会被释放数组和对象在没有引用变量指向它的时候才变为垃圾不能在被使用但仍 然占据内存空间不放在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走（释放掉）这也是 Java 比较占内存的原因
实际上栈中的变量指向堆内存中的变量这就是Java中的指针！
常量池 (constant pool)
常量池指的是在编译期被确定并被保存在已编译的class文件中的一些数据除了包含代码中所定义的各种基本类型（如intlong等等）和对象型（如String及数组）的常量值(final)还包含一些以文本形式出现的符号引用比如
◆类和接口的全限定名
◆字段的名称和描述符
◆方法和名称和描述符
虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和包括直接常量（stringinteger和 floating point常量）和对其他类型字段和方法的符号引用
对于String常量它的值是在常量池中的而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的 对于String类型有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值注意该表只存储文字字符串值不存储符号引 用说到这里对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了
在程序执行的时候常量池 会储存在Method Area而不是堆中
堆与栈
Java的堆是一个运行时数据区类的(对象从中分配空间这些对象通过newnewarray anewarray和multianewarray等指令建立它们不需要程序代码来显式的释放堆是由垃圾回收来负责的堆的优势是可以动态地分配内存 大小生存期也不必事先告诉编译器因为它是在运行时动态分配内存的Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据但缺点是由于要在运行时动态 分配内存存取速度较慢
栈的优势是存取速度比堆要快仅次于寄存器栈数据可以共享但缺点是存在栈中的数据大小与生存期必须是 确定的缺乏灵活性栈中主要存放一些基本类型的变量数据（int short long byte float double boolean char）和对象句柄(引用)
栈有一个很重要的特殊性就是存在栈中的数据可以共享假设我们同时定义
Java代码
int a = ;
int b = ;
编译器先处理int a = 首先它会在栈中创建一个变量为a的引用然后查找栈中是否有这个值如果没找到就将存放进来然后将a指向接着处理int b = 在创建完b的引用变量后因为在栈中已经有这个值便将b直接指向这样就出现了a与b同时均指向的情况
这时如果再令 a=那么编译器会重新搜索栈中是否有值如果没有则将存放进来并令a指向如果已经有了则直接将a指向这个地址因此a值的改变不会影响 到b的值
要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的因为这种情况a的修改并不会影响到b 它是由编译器完成的它有利于节省空间而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态会影响到另一个对象引用变量
String是一个特殊的包装类数据可以用
Java代码
String str = new String(abc);
String str = abc;
两种的形式来创建第一种是用new()来新建对象的它会在存放于堆中每调用一次就会创建一个新的对象而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str然后通过符号引用去字符串常量池 里找有没有abc如果没有则将abc存放进字符串常量池 并令str指向abc如果已经有abc 则直接令str指向abc
比较类里面的数值是否相等时用equals()方法当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时用==下面用例子说明上面的理论
Java代码
String str = abc;
String str = abc;
Systemoutprintln(str==str); //true
可以看出str和str是指向同一个对象的
Java代码
String str =new String (abc);
String str =new String (abc);
Systemoutprintln(str==str); // false
用new的方式是生成不同的对象每一次生成一个
因此用第二种方式创建多个abc字符串在内存中 其实只存在一个对象而已 这种写法有利与节省内存空间 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象而对于String str = new String(abc)的代码则一概在堆中创建新对象而不管其字符串值是否相等是否有必要创建新对象从而加重了程序的负担
另 一方面 要注意: 我们在使用诸如String str = abc的格式定义类时总是想当然地认为创建了String类的对象str担心陷阱！对象可能并没有被创建！而可能只是指向一个先前已经创建的 对象只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象
由于String类的immutable性质当String变量需要经常变换 其值时应该考虑使用StringBuffer类以提高程序效率
首先String不属于种基本数据类型String是一个对象因为对象的默认值是null所以String的默认值也是null但它又是一种特殊的对象有其它对象没有的一些特性
new String()和new String()都是申明一个新的空字符串是空串不是null
String str=kvillString str=new String (kvill)的区别
示例
Java代码
String s=kvill;
String s=kvill;
String s=kv + ill;
Systemoutprintln( s==s );
Systemoutprintln( s==s );
结果为
true
true
首先我们要知结果为道Java 会确保一个字符串常量只有一个拷贝
因为例子中的 s和s中的kvill都是字符串常量它们在编译期就被确定了所以s==s为true而kv和ill也都是字符串常量当一个字 符串由多个字符串常量连接而成时它自己肯定也是字符串常量所以s也同样在编译期就被解析为一个字符串常量所以s也是常量池中 kvill的一个引用所以我们得出s==s==s用new String() 创建的字符串不是常量不能在编译期就确定所以new String() 创建的字符串不放入常量池中它们有自己的地址空间
示例
Java代码
String s=kvill;
String s=new String(kvill);
String s=kv + new String(ill);
Systemoutprintln( s==s );
Systemoutprintln( s==s );
Systemoutprintln( s==s );
结果为
false
false
false
例中s还是常量池 中kvill的应用s因为无法在编译期确定所以是运行时创建的新对象kvill的引用s因为有后半部分 new String(ill)所以也无法在编译期确定所以也是一个新创建对象kvill的应用;明白了这些也就知道为何得出此结果了
Stringintern()
再补充介绍一点存在于class文件中的常量池在运行期被JVM装载并且可以扩充String的 intern()方法就是扩充常量池的 一个方法当一个String实例str调用intern()方法时Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量如果有则返回其的引用如果没有则在常 量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用看示例就清楚了
示例
Java代码
String s= kvill;
String s=new String(kvill);
String s=new String(kvill);
Systemoutprintln( s==s );
Systemoutprintln( ********** );
sintern();
s=sintern(); //把常量池中kvill的引用赋给s
Systemoutprintln( s==s);
Systemoutprintln( s==sintern() );
Systemoutprintln( s==s );
结果为
false
false //虽然执行了sintern()但它的返回值没有赋给s
true //说明sintern()返回的是常量池中kvill的引用
true
最后我再破除一个错误的理解有人说使用 Stringintern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中 如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中那么该方法返回表中已有字符串的地址如果在表中没有相同值的字符串则将自己的地址注册到表中如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话他的最后一句话如果在表中没有相同值的字符串则将自己的地址注册到表中是错的
示例
Java代码
String s=new String(kvill);
String s=sintern();
Systemoutprintln( s==sintern() );
Systemoutprintln( s+ +s );
Systemoutprintln( s==sintern() );
结果
false
kvill kvill
true
在这个类中我们没有声名一个kvill常量所以常量池中一开始是没有kvill的当我们调用sintern()后就在常量池中新添加了一 个kvill常量原来的不在常量池中的kvill仍然存在也就不是将自己的地址注册到常量池中了
s==sintern() 为false说明原来的kvill仍然存在s现在为常量池中kvill的地址所以有s==sintern()为true
关于equals()和==:
这个对于String简单来说就是比较两字符串的Unicode序列是否相当如果相等返回true;而==是 比较两字符串的地址是否相同也就是是否是同一个字符串的引用
关于String是不可变的
这一说又要说很多大家只 要知道String的实例一旦生成就不会再改变了比如说String str=kv+ill+ +ans; 就是有个字符串常量首先kv和ill生成了kvill存在内存中然后kvill又和 生成 kvill 存在内存中最后又和生成了kvill ans;并把这个字符串的地址赋给了str就是因为String的不可变产生了很多临时变量这也就是为什么建议用StringBuffer的原 因了因为StringBuffer是可改变的
下面是一些String相关的常见问题
String中的final用法和理解
Java代码
final StringBuffer a = new StringBuffer();
final StringBuffer b = new StringBuffer();
a=b;//此句编译不通过
final StringBuffer a = new StringBuffer();
aappend();// 编译通过
可见final只对引用的值(即内存地址)有效它迫使引用只能指向初始指向的那个对象改变它的指向会导致编译期错误至于它所指向的对象 的变化final是不负责的
String常量池问题的几个例子
下面是几个常见例子的比较分析和理解
Java代码
String a = a;
String b = a + ;
Systemoutprintln((a == b)); //result = true String a = atrue;
String b = a + true;
Systemoutprintln((a == b)); //result = true String a = a;
String b = a + ;
Systemoutprintln((a == b)); //result = true
分析JVM对于字符串常量的+号连接将程序编译期JVM就将常量字符串的+连接优化为连接后的值拿a + 来说经编译器优化后在class中就已经是a在编译期其字符串常量的值就确定下来故上面程序最终的结果都为true
Java代码
String a = ab;
String bb = b;
String b = a + bb;
Systemoutprintln((a == b)); //result = false
分析JVM对于字符串引用由于在字符串的+连接中有字符串引用存在而引用的值在程序编译期是无法确定的即a + bb无法被编译器优化只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b所以上面程序的结果也就为false
Java代码
String a = ab;
final String bb = b;
String b = a + bb;
Systemoutprintln((a == b)); //result = true
分析和[]中唯一不同的是bb字符串加了final修饰对于final修饰的变量它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量 池中或嵌入到它的字节码流中所以此时的a + bb和a + b效果是一样的故上面程序的结果为true
Java代码
String a = ab;
final String bb = getBB();
String b = a + bb;
Systemoutprintln((a == b)); //result = false
private static String getBB() { return b; }
分析JVM对于字符串引用bb它的值在编译期无法确定只有在程序运行期调用方法后将方法的返回值和a来动态连接并分配地址为b故上面 程序的结果为false
通过上面个例子可以得出得知
String s = a + b + c;
就等价于String s = abc;
String a = a;
String b = b;
String c = c;
String s = a + b + c;
这个就不一样了最终结果等于
Java代码
StringBuffer temp = new StringBuffer();
tempappend(a)append(b)append(c);
String s = temptoString();
由上面的分析结果可就不难推断出String 采用连接运算符（+）效率低下原因分析形如这样的代码
Java代码
public class Test {
public static void main(String args[]) {
String s = null;
for(int i = ; i < ; i++) {
s += a;
}
}
}
每做一次 + 就产生个StringBuilder对象然后append后就扔掉下次循环再到达时重新产生个StringBuilder对象然后 append 字符串如此循环直至结束如果我们直接采用 StringBuilder 对象进行 append 的话我们可以节省 N 次创建和销毁对象的时间所以对于在循环中要进行字符串连接的应用一般都是用StringBuffer或StringBulider对象来进行 append操作
String对象的intern方法理解和分析
Java代码
public class Test {
private static String a = ab;
public static void main(String[] args){
String s = a;
String s = b;
String s = s + s;
Systemoutprintln(s == a);//false
Systemoutprintln(sintern() == a);//true
}
}
这里用到Java里面是一个常量池的问题对于s+s操作其实是在堆里面重新创建了一个新的对象s保存的是这个新对象在堆空间的的内容所 以s与a的值是不相等的而当调用sintern()方法却可以返回s在常量池中的地址值因为a的值存储在常量池中故sintern和a的值相等
总结
栈中用来存放一些原始数据类型的局部变量数据和对象的引用(String数组对象等等)但不存放对象内容
堆中存放使用new关键字创建的对象
字符串是一个特殊包装类其引用是存放在栈里的而对象内容必须根据创建方式不同定(常量池和堆)有的是编译期就已经创建好存放在字符串常 量池中而有的是运行时才被创建使用new关键字存放在堆中
