java数据在内存中存储详解

本是古典何须时尚 2022-11-20 06:56 422阅读 0赞

有这样一种说法，如今争锋于IT战场的两大势力，MS一族偏重于底层实现，Java一族偏重于系统架构。说法根据无从考证，但从两大势力各自的社区力量和图书市场已有佳作不难看出，此说法不虚，但掌握Java的底层实现对Java程序员来说是至关重要的，本文介绍了Java中的数据在内存中的存储。  
　　  
　　2 内存中的堆(stack)与栈(heap)  
　　Java程序运行时有6个地方可以存储数据，它们分别是寄存器、栈、堆、静态存储、常量存储和非RAM存储，主要是堆与栈的存储。  
   
     【随机存储器 ：Random Access Memory 】

栈与堆都是Java用来在RAM中存放数据的地方。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。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。另外，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。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，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。

【 寄存器位于CPU中 】

3 Java中数据在内存中的存储  
　　3.1基本数据类型的存储  
　　Java的基本数据类型共有8种，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并没有string的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如int a = 3； long b = 255L；的形式来定义的，称为自动变量。值得注意的是：自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：  
　　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这个引用变量后，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同时均指向3的情况。  
   【上文提到了"引用+数值+内存地址"这三个名词,其中变量名就是引用，给变量赋的值就是数值，  
   
    而所提到的内存是抽象的内容，让引用指向的不是数值，而是存取数值的那块内存地址】  
   
　　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，遇到时，它就会重新搜索栈中是否有4的字面值，如果没有，重新开辟地址存放4的值；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。  
    【定义变量，给变量赋值，然后在编译的过程中就可以将其保存在内存中了】  
   
　　3.2对象的内存模型  
　　在Java中，创建一个对象包括对象的声明和实例化两步，下面用一个例题来说明对象的内存模型。  
　　假设有类Rectangle定义如下：  
    【Rectangle：矩形】  
　　class Rectangle\{  
　　double width,height；  
　　Rectangle(double w,double h)\{  
　　width=w；height=h； \}\}  
　　(1)声明对象时的内存模型  
　　用Rectangle rect；声明一个对象rect时，将在栈内存为对象的引用变量rect分配内存空间，但Rectangle的值为空，称rect是一个空对象。空对象不能使用，因为它还没有引用任何“实体”。  
　　(2)对象实例化时的内存模型  
　　当执行rect=new Rectangle(3,5)；时，会做两件事：  
　　在堆内存中为类的成员变量width,height分配内存，并将其初始化为各数据类型的默认值；接着进行显式初始化（类定义时的初始化值）；最后调用构造方法，为成员变量赋值。  
　　返回堆内存中对象的引用（相当于首地址）给引用变量rect,以后就可以通过rect来引用堆内存中的对象了。  
    （他奶奶的，不是很理解这两句话！）

(3)创建多个不同的对象实例  
　　一个类通过使用new运算符可以创建多个不同的对象实例，这些对象实例将在堆中被分配不同的内存空间，改变其中一个对象的状态不会影响其他对象的状态。例如：  
　　Rectangle r1=new Rectangle(3,5)；  
　　Rectangle r2=new Rectangle(4,6)；  
　　此时，将在堆内存中分别为两个对象的成员变量width、height分配内存空间，两个对象在堆内存中占据的空间是互不相同的。如果有  
　　Rectangle r1=new Rectangle(3,5)；  
　　Rectangle r2=r1；  
　　则在堆内存中只创建了一个对象实例，在栈内存中创建了两个对象引用，两个对象引用同时指向一个对象实例。  
　　3.3包装类数据的存储  
　　基本型别都有对应的包装类：如int对应Integer类，double对应Double类等，基本类型的定义都是直接在栈中，如果用包装类来创建对象，就和普通对象一样了。例如：int i=0；i直接存储在栈中。  Integer i（i此时是对象） = new Integer(5)；这样，i对象数据存储在堆中，i的引用存储在栈中，通过栈中的引用来操作对象。  
    【数据存储在堆中，引用存储在栈中】

3.4 String 类型数据的存储  
　　String是一个特殊的包装类数据。  
可以用     String str = new String(“abc”)；的形式来创建；  
也可以用   String str = “abc”；的形式来创建。  
   
第一种创建方式，和普通对象的的创建过程一样；  
第二种创建方式，Java内部将此语句转化为以下几个步骤：  
　　(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，如果没有，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，而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。如果已经有了值为“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”；这种场合下，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，我们可以通过以下的几个代码进行验证。  
　　String str1=“abc”；  
　　String str2=“abc”；  
　　System.out.println(s1==s2)；//true  
　　注意，这里并不用str1.equals(str2)；的方式，因为这将比较两个字符串的值是否相等。号，根据JDK的说明，只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。  
　　我们再接着看以下的代码。  
　　Stringstr1=new String(“abc”)；  
　　Stringstr2=“abc”；  
　　System.out.println(str1str2)；//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，只要是用new()来新建对象的，都会在堆中创建，而且其字符串是单独存值的，即使与栈中的数据相同，也不会与栈中的数据共享。  
　　3.5数组的内存分配  
　　当定义一个数组，int x\[\]；或int \[\]x；时，在栈内存中创建一个数组引用，通过该引用（即数组名）来引用数组。x=new int\[3\]；将在堆内存中分配3个保存int型数据的空间，堆内存的首地址放到栈内存中，每个数组元素被初始化为0。  
　　  
　　4 内存空间的释放  
　　栈上变量的生存时间受限于当前函数的生存时间，函数退出了，变量就不存在了。在堆中分配的对象实例，当不再有任何一个引用变量指向它时，这个对象就可以被垃圾回收机制回收了。  
　　  
　　5 总结堆栈  
　　再来看Java的内存，栈内存用来存放一些基本类型的变量和数组及对象的引用变量，而堆内存主要是来放置对象实例的。明白这个就能很好的解释多态、继承、覆盖方面的问题了