Java 堆内存与栈内存异同(Java Heap Memory vs Stack Memory Difference)

--reference Java Heap Memory vs Stack Memory Difference

在数据结构中，堆和栈可以说是两种最基础的数据结构，而Java中的栈内存空间和堆内存空间有什么异同，以及和数据结构中的堆栈有何关系？

一、Java 堆存储空间

堆内存（堆存储空间）会在Java运行时分配给对象(Object)或者JRE的类。只要我们创建了一个对象，那么在堆中肯定会分配一块存储空间给这个对象。而我们熟知的Java垃圾回收就是在堆存储空间上进行的，用以释放那些没有任何引用指向自身的对象。任何在堆中分配的对象都有全局访问权限，而且可以从应用的任何地方被引用。

二、Java 栈存储空间

Java 栈存储空间用来供线程执行时使用。栈空间中包含特别的变量如：短生命周期和指向其他在堆中对象的引用。这里栈存储空间满足后进先出的顺序。当一个函数被调用时，会在栈中分配一块新的存储空间，用来存放函数的基本数据（【Java心得总结一】Java基本类型和包装类型解析）以及在函数中对其它对象的引用。一旦函数执行结束，存储空间就会被释放供下一个函数使用。

栈存储空间远远小于堆存储空间

三、举例

Memory.java

public class Memory {
 
    public static void main(String[] args) { // Line 1
        int i=1; // Line 2
        Object obj = new Object(); // Line 3
        Memory mem = new Memory(); // Line 4
        mem.foo(obj); // Line 5
    } // Line 9
 
    private void foo(Object param) { // Line 6
        String str = param.toString(); //// Line 7
        System.out.println(str);
    } // Line 8
 
}

下图展示了堆栈存储空间是如何存储基本类型、对象以及指向变量的引用

 程序执行过程：

1. 一旦我们开始运行程序，它会将所有运行时类装载入堆存储空间。当程序运行至第一行main()函数，Java Runtime会为主函数线程分配栈存储空间。
2. 我们在第二行创建了基本数据类型，所以它会被存储在主函数线程的栈存储空间；
3. 因为我们在第三行创建了Object对象，它会在堆中被创建，并且栈空间中保存有指向它的引用。同理第四行创建Memory对象。
4. 当我们在main()主函数第五行调用foo()函数时，在栈空间顶部会分配一块空间给foo()函数使用。因为Java是值传递（Java 为值传递而不是引用传递），在foo函数第六行中会有一个新的引用被创建指向堆中的Object对象
5. 在第7行创建了一个字符串，它会被放在堆空间的字符串池中(String Poll)，而且在栈空间中会保存一个指向它的引用
6. 在第8行foo函数执行完毕，此时其栈空间会被释放
7. 在第9行main函数执行完毕，栈中分配给main函数的空间会被释放。同时程序也在这一行执行完毕，因此Java运行时(Java Runtime)会释放所有内存空间并且终止程序的执行。

四、堆栈异同

1. 堆存储空间可以被应用的任何部分使用，然而栈存储空间只能被对应的执行线程使用
2. 一旦对象被建立，那么就会在堆中分配一段存储空间而栈空间中保留有对它的引用。栈空间中仅仅保存基本数据类型和指向堆中对象的引用变量
3. 堆中存储的对象可以被全局访问，然而栈中存储的变量不能被其它线程（函数）访问
4. 栈中的内存管理采用先进后出的（LIFO）的方式，然而在堆中内存管理会更为复杂，因为堆中的对象可以被全局使用。对存储空间被分为Young-Generation，Old-Generation等，这个我会在之后总结
5. 栈存储空间是短生命周期的，然而堆存储要长的多
6. 利用-Xms和-Xmx来指明JVM的堆初始空间和最大空间，利用-Xss来定义栈空间大小
7. 当栈空间满了，Java运行时会抛出 java.lang.StackOverFlowError ，然而堆空间满了，抛出的是 java.lang.OutOfMemoryError: Java Heap Space 错误
8. 栈空间相比较于堆空间是非常小的，又因为栈中使用最简单的先进后出(LIFO)原则，它是远远快于堆的。