关于Java中堆和栈的学习

港控/mmm° 2023-09-25 18:42 11阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1.概述
 *   *  1.1 堆
     *  1.2 栈
 *  2.堆内存
 *   *  2.1 什么是堆内存?
     *  2.2堆内存的特点是什么?
     *  2.3new对象在堆中如何分配?
 *  3.栈内存
 *   *  3.1什么是栈内存?
     *  3.2栈内存的特点
     *  3.3栈内存的内存分配机制
     *  3.4数据共享
 *  4.栈与堆的区别
 *   *  4.1差异
     *  4.2相同
 *  5. 面试题: java堆和栈的区别
 *   *  \*\*申请方式\*\*
     *  \*\*申请后系统的响应\*\*
     *  \*\*申请大小的限制\*\*
     *  \*\*申请效率的比较\*\*
     *  \*\*堆和栈的存储内容\*\*

# 1.概述 #

在Java中，内存分为两种，一种是**栈内存**，另一种就是**堆内存**。

JAVA在程序运行时，在内存中划分5片空间进行数据的存储。分别是：

1.  寄存器。
2.  本地方法区
3.  方法区。
4.  栈。
5.  堆。

## 1.1 堆 ##

可以把堆理解为一家餐厅，里面有200张桌子，也就是最多能同时容纳200桌客人就餐，来一批客人就为他们安排一些桌子，如果某天来的客人特别多，超过200桌了，那就不能再接待超出的客人了。  
当然，进来吃饭的客人不可能是同时的，有的早，有的晚，先吃好的客人，老板会安排给他们结账走人，然后空出来的桌子又能接待新的客人。  
这里，堆就是餐厅，最大容量200桌就是堆内存的大小，老板就相当于GC(垃圾回收)，给客人安排桌子就相当于java创建对象的时候分配堆内存，结账就相当于GC回收对象占用的空间。

## 1.2 栈 ##

接着把栈比作一口废井，这口井多年不用已经没水了，主人现在把它作为贮存自酿酒的地方，存酒的时候就用绳子勾着酒坛子慢慢放下去，后面再存就一坛一坛堆着放上去，取酒的时候就先取最上面的坛子。

# 2.堆内存 #

## 2.1 什么是堆内存? ##

堆内存是是Java内存中的一种，它的作用是用于**存储Java中的对象和数组**，当我们new一个对象或者创建一个数组的时候，就会在堆内存中开辟一段空间给它，用于存放。

## 2.2堆内存的特点是什么? ##

第一点：堆其实可以类似的看做是**管道**，或者说是平时去排队买票的的情况差不多，所以堆内存的特点就是：**先进先出**，后进后出，也就是你先排队，好，你先买票。

第二点：堆可以**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，但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，**存取速度较慢**。

## 2.3new对象在堆中如何分配? ##

由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理

# 3.栈内存 #

## 3.1什么是栈内存? ##

栈内存是Java的另一种内存，主要是**用来执行程序**用的，比如：基本类型的变量和对象的引用变量

## 3.2栈内存的特点 ##

第一点：栈内存就好像一个矿泉水瓶，像里面放入东西，那么先放入的沉入底部，所以它的特点是：**先进后出**，后进先出

第二点：**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**

## 3.3栈内存的内存分配机制 ##

栈内存可以称为一级缓存，由垃圾回收器自动回收

## 3.4数据共享 ##

例子：

int a = 3;  
int b = 3;  
第一步处理:  
1.编译器先处理int a = 3;  
2.创建变量a的引用  
3.在栈中查找是否有3这个值  
4.没有找到，将3存放，a指向3  
第二步处理:  
1.处理b=3  
2.创建变量b的引用  
3.找到，直接赋值  
第三步改变:  
接下来  
a = 4；  
同上方法  
a的值改变，a指向4，b的值是不会发生改变的  
如果是两个对象的话，那就不一样了，对象指向的是同一个引用，一个发生改变，另一个也会发生改变

# 4.栈与堆的区别 #

JVM是**基于堆栈的虚拟机**.JVM为每个新创建的线程都分配一个堆栈, 也就是说, 对于一个Java程序来说，它的运行就是通过对堆栈的操作来完成的。堆栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对堆栈只进行两种操作: 以帧为单位的**压栈和出栈**操作。

## 4.1差异 ##

1.堆内存用来存放由new创建的对象和数组。  
2.栈内存用来存放方法或者局部变量等  
3.堆是先进先出, 后进后出  
4.栈是先进后出, 后进先出

## 4.2相同 ##

1.都是属于Java内存的一种  
2.系统都会自动去回收它，但是对于堆内存一般开发人员会自动回收它

# 5. 面试题: java堆和栈的区别 #

**Java栈**是与每一个线程关联的，JVM在创建每一个线程的时候，会分配一定的栈空间给线程，主要存放线程执行过程中的局部变量，方法的返回值，基本类型的变量（,int, short, long, byte, float, double, boolean, char）以及方法调用的上下文。栈空间随着线程的终止而释放，栈的**优势**是，存取速度比堆要快，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。栈有一个很**重要的特殊性**，就是存在栈中的数据可以共享。

**Java中堆**是由所有的线程共享的一块内存区域，堆用来保存各种JAVA对象，比如数组，线程对象等,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new、newarray、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。

## **申请方式** ##

*  栈：由系统**自动分配**。例如在声明函数的一个局部变量int b，系统自动在栈中为b开辟空间。
 *  堆：需要程序员**自己申请**，并**指明大小**，在C中用malloc函数；在C++中用new运算符。

## **申请后系统的响应** ##

*  栈：只要栈的剩余空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
 *  堆：操作系统有一个记录空间内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点，然后将节点从内存空闲节点链表中删除，并将该节点的空间分配给程序。对于大多数操作系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的对节点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会**自动地将多余的那部分重新放入到链表中**。

## **申请大小的限制** ##

栈：在Windows下，**栈是向低地址拓展的数据结构，是一块连续的内存的区域**。站定地址和栈的大小是系统预先规定好的，**如果申请的内存空间超过栈的剩余空间，将提示栈溢出**。  
堆：堆是**向高地址拓展的内存结构**，是不连续的内存区域。是系统用链表存储空闲内存地址的，**不连续**。

## **申请效率的比较** ##

*  栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员无法控制。
 *  堆：由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来方便。

\*\*拓展：\*\*在Windows操作系统中，最好的方式使用VirtualAlloc分配内存。不是在堆，不是在栈，而是在内存空间中保留一块内存，虽然用起来不方便，但是速度快，也很灵活。

## **堆和栈的存储内容** ##

*  栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数的中的下一条指令（函数调用的下一个可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数。在C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数的局部变量。静态变量不入栈。
 *  堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

数据结构方面的堆和栈与上边叙述不同。这里的**堆是指优先队列的一种数据结构**，第一个元素有最高的优先权；**栈实际就是满足先进后出的性质的数学或数据结构**。

参考文章(侵删):  
[Java 堆和栈的区别][Java]  
[一分钟彻底理解Java中的堆和栈][Java 1]

[Java]: https://blog.csdn.net/u011546655/article/details/52170470
[Java 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/529280783