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     Java栈与堆

    ----对这两个概念的不明好久,最终找到一篇好文,拿来共享

    1. 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自己主动管理栈和堆,程序猿不能直接地设置栈或堆。

    2. 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于CPU中的寄存器。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。另外,栈数据能够共享,详见第3点。堆的优势是能够动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java的垃圾收集器会自己主动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在执行时动态分配内存,存取速度较慢。

    3. Java中的数据类型有两种。

    一种是基本类型(primitive types), 共同拥有8种,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,并没有string的基本类型)。这样的类型的定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的,称为自己主动变量。值得注意的是,自己主动变量存的是字面值,不是类的实例,即不是类的引用,这里并没有类的存在。如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用,指向3这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于栈中。

    另外,栈有一个非常重要的特殊性,就是存在栈中的数据能够共享。假设我们同一时候定义:
    复制内容到剪贴板代码:
    int a = 3;
    int b = 3;
    编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为3的地址,没找到,就开辟一个存放3这个字面值的地址,然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有3这个字面值,便将b直接指向3的地址。这样,就出现了a与b同一时候均指向3的情况。

    特别注意的是,这样的字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同一时候指向一个对象,假设一个对象引用变量改动了这个对象的内部状态,那么还有一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来改动其值,不会导致还有一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上例,我们定义完a与b的值后,再令a=4;那么,b不会等于4,还是等于3。在编译器内部,遇到a=4;时,它就会又一次搜索栈中是否有4的字面值,假设没有,又一次开辟地址存放4的值;假设已经有了,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。

    还有一种是包装类数据,如Integer, String, Double等将对应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据所有存在于堆中,Java用new()语句来显示地告诉编译器,在执行时才依据须要动态创建,因此比較灵活,但缺点是要占用很多其它的时间。 4. String是一个特殊的包装类数据。即能够用String str = new String("abc");的形式来创建,也能够用String str = "abc";的形式来创建(作为对照,在JDK 5.0之前,你从未见过Integer i = 3;的表达式,由于类与字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,这样的表达式是能够的!由于编译器在后台进行Integer i = new Integer(3)的转换)。前者是规范的类的创建过程,即在Java中,一切都是对象,而对象是类的实例,所有通过new()的形式来创建。Java中的有些类,如DateFormat类,能够通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类,似乎违反了此原则。事实上不然。该类运用了单例模式来返回类的实例,仅仅只是这个实例是在该类内部通过new()来创建的,而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为什么在String str = "abc";中,并没有通过new()来创建实例,是不是违反了上述原则?事实上没有。

    5. 关于String str = "abc"的内部工作。Java内部将此语句转化为下面几个步骤:

    (1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量:String str;

    (2)在栈中查找有没有存放值为"abc"的地址,假设没有,则开辟一个存放字面值为"abc"的地址,接着创建一个新的String类的对象o,并将o的字符串值指向这个地址,并且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。假设已经有了值为"abc"的地址,则查找对象o,并返回o的地址。

    (3)将str指向对象o的地址。

    值得注意的是,一般String类中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc";这样的场合下,其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用!

    为了更好地说明这个问题,我们能够通过下面的几个代码进行验证。
    复制内容到剪贴板代码:
    String str1 = "abc";
    String str2 = "abc";
    System.out.println(str1==str2); //true
    注意,我们这里并不用str1.equals(str2);的方式,由于这将比較两个字符串的值是否相等。==号,依据JDK的说明,仅仅有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而我们在这里要看的是,str1与str2是否都指向了同一个对象。
    结果说明,JVM创建了两个引用str1和str2,但仅仅创建了一个对象,并且两个引用都指向了这个对象。

    我们再来更进一步,将以上代码改成:
    复制内容到剪贴板代码:
    String str1 = "abc";
    String str2 = "abc";
    str1 = "bcd";
    System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc
    System.out.println(str1==str2); //false
    这就是说,赋值的变化导致了类对象引用的变化,str1指向了另外一个新对象!而str2仍旧指向原来的对象。上例中,当我们将str1的值改为"bcd"时,JVM发如今栈中没有存放该值的地址,便开辟了这个地址,并创建了一个新的对象,其字符串的值指向这个地址。

    事实上,String类被设计成为不可改变(immutable)的类。假设你要改变其值,能够,但JVM在执行时依据新值悄悄创建了一个新对象,然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是全然自己主动进行的,但它毕竟占用了很多其它的时间。在对时间要求比較敏感的环境中,会带有一定的不良影响。

    再改动原来代码:
    复制内容到剪贴板代码:
    String str1 = "abc";
    String str2 = "abc";

    str1 = "bcd";

    String str3 = str1;
    System.out.println(str3); //bcd

    String str4 = "bcd";
    System.out.println(str1 == str4); //true
    str3这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意,str3并没有创建新对象)。当str1改完其值后,再创建一个String的引用str4,并指向因str1改动值而创建的新的对象。能够发现,这回str4也没有创建新的对象,从而再次实现栈中数据的共享。

    我们再接着看下面的代码。
    复制内容到剪贴板代码:
    String str1 = new String("abc");
    String str2 = "abc";
    System.out.println(str1==str2); //false 创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。

    String str1 = "abc";
    String str2 = new String("abc");
    System.out.println(str1==str2); //false
    创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。

    以上两段代码说明,仅仅要是用new()来新建对象的,都会在堆中创建,并且其字符串是单独存值的,即使与栈中的数据同样,也不会与栈中的数据共享。

    6. 数据类型包装类的值不可改动。不仅仅是String类的值不可改动,所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。 7. 结论与建议:

    (1)我们在使用诸如String str = "abc";的格式定义类时,总是想当然地觉得,我们创建了String类的对象str。操心陷阱!对象可能并没有被创建!唯一能够肯定的是,指向String类的引用被创建了。至于这个引用究竟是否指向了一个新的对象,必须依据上下文来考虑,除非你通过new()方法来显要地创建一个新的对象。因此,更为准确的说法是,我们创建了一个指向String类的对象的引用变量str,这个对象引用变量指向了某个值为"abc"的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是非常有帮助的。

    (2)使用String str = "abc";的方式,能够在一定程度上提高程序的执行速度,由于JVM会自己主动依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,而无论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。这个思想应该是享元模式的思想,但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式,不得而知。

    (3)当比較包装类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当測试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==。

    (4)由于String类的immutable性质,当String变量须要常常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。
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