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java 内存解析

发表于: 2010-01-20   作者:eclipse-my   来源:转载   浏览次数:
摘要: java程序内存主要分为了2个部分,包括 stack segment(栈内存区)、heap segment(堆内存区)。     在分析Java程序内存分配情况时,我们从下面这个经常被使用的例子开始吧。     下面程序将打印什么呢?     Java代码 String s1 = new St
java程序内存主要分为了2个部分,包括 stack segment(栈内存区)、heap segment(堆内存区)。

    在分析Java程序内存分配情况时,我们从下面这个经常被使用的例子开始吧。
    下面程序将打印什么呢?
    Java代码
String s1 = new String("abc");   
			String s2 = new String("abc");   
			System.out.print(s1.equals(s2)); // 1   
			System.out.print(s1 == s2); // 2 


    可能大家心中已经有答案了,第1条语句打印的是true,第二条语句打印的false,没错,正如大家所想,打印结果就是这样。那么,大家是否知道为什么第2条语句打印的是false呢?让我们来看看这个程序中的数据在内存中分配的情况吧。

    首先,我们分析第一条语句String s1=new String("abc");
    其实这条语句是下面两条语句的缩写,
    String s1; //1
    s1=new String(“abc”); //2
    1. 在栈内存中定义一个名为s1的对String类的对像引用变量
    2. 在堆内存开辟了一块空间用于存放字符串“abc”,将1定义的引用变量s1指向该空间。
    同理,第二条语句String s2=new String("abc");也做了同样的事情,定义引用变量,指向新开辟出来的空间。说到这里大家可能心中已经有答案了,为什么s1!=s2呢?因为它们指向的是两块不同的堆内存空间。

    其实,在java中new过程分配内存情况都和上面类似,先在栈内存中定义引用,然后在堆内存中开辟空间,存放数据,最后让引用指向该空间,如果一个引用没有指向任何空间,那么在使用这个引用变量时,程序将抛出著名的NullPointerException,其实从这个异常名字我们也能清晰知道产生该异常的原因,不是吗?

    熟悉了上面这个例子,基本上大家对Java程序内存分配情况,已经入门了,让我们进入下一步吧。
    我们定义下面的一个类:
    Java代码
public class Cat {   
    private double weight;   
    private int age;   
  
    public Cat(double _weight, int _age) {   
        this.weight = _weight;   
        this.age = _age;   
    }   
  
    //get set 方法...   
}  

public class Cat {
	private double weight;
	private int age;

	public Cat(double _weight, int _age) {
		this.weight = _weight;
		this.age = _age;
	}

    //get set 方法...
}

    我们可能在其他程序中new出一只猫来,像这样:
    Java代码
public class Demo{   
public static void main(String[] args){   
Cat kitty=new Cat(3.0,2);   
}   
}  

public class Demo{
public static void main(String[] args){
Cat kitty=new Cat(3.0,2);
}
}

    那么这个new过程是怎么进行的呢?
    按照上面对String类型new的分析,大家可能想,这个简单,先在栈内存中定义引用变量kitty,然后在堆内存中分配一块空间,将kitty猫的属性存放进去,最后让引用变量指向这个空间,完了。
    对,大家这样分析大体是正确的,但大家好像忽略了一个重要的细节,kitty猫的属性是怎样存进堆内存空间的呢?
    我们来看看Cat这个类的构造函数吧,它定义了两个形参,也就是局部变量,在我们试图通过new向它传实参值时,在栈内存中定义了两个引用变量,_weight,_age并赋值,即两个引用变量所在栈内存中内容分别为3.0,2,同时在堆中开辟了一块新空间,空间中有两个内存区域,而内存中内容为系统初始化内容。然后通过构造函数将栈内存中值赋给堆内存中值,就这样堆内存中新空间就被赋值了,接下来就像大家所想的那样将引用kitty指向这块新空间。大家可能会想,那么栈中分配出来的那两块内存怎么处理呢?
    其实,做完上面的事情后,局部变量将从栈中弹出,这个过程是自发的,它有别于JVM垃圾收集,JVM垃圾收集主要是用来释放堆内存空间,某块堆内存在没被引用,或引用它的变量再也不会被使用时将被回收。
   
    噢,好长的分析啊,不知道大家看得怎么样了,我们继续吧。

    假设在Demo类中有一个方法,像这样:
    Java代码
public void change(Cat _cat){   
        _cat.setAge(5);   
    }  

public void change(Cat _cat){
		_cat.setAge(5);
	}
    那么把刚才new出来的 kitty传入该方法中,像这样:
    Java代码
Demo demo=new Demo();   
Cat kitty=new Cat(3.0,2);   
demo.change(kitty);   
System.out.print(kitty.getAge());  

Demo demo=new Demo();
Cat kitty=new Cat(3.0,2);
demo.change(kitty);
System.out.print(kitty.getAge());

    程序将打印kitty的age,那么该age会变化吗?
    可能大家受到C语言中一个著名问题,也就是swap(交换)问题(见下面)的影响,得出了不会变的结论,也就是将打印2,但事实并非如此,该程序将打印5,那么到底发生了什么呢?让我们从程序内存变化情况,来解释这个现象吧。
    首先,按前面我们的分析,new出kitty猫时,在栈内存中定义了一个引用,指向堆中分配的内存,堆内存存放kitty猫的信息。
    然后,我们开始调用change方法了,在我们把kitty传给该方法时,在栈内存中就定义了局部变量_cat,该引用变量将被指向kitty所指向的堆内存区域,然后_cat对它指向的堆内存区域内容进行了更改,这不就是kitty所指堆内存区域被更改了吗?因为它们指向同一块堆内存。就这样,调用kitty.getAge()时,将得到5这样的结果。最后,分配出来的_cat将从栈中弹出。

    分析到这里,我们再回头看,swap(交换)问题
    我们都知道在C语言里有个方法像这样:
    Java代码
void swap(int a,int b){   
    int temp=a;   
    int a=b;   
    int b=temp;   
}  

void swap(int a,int b){
	int temp=a;
	int a=b;
	int b=temp;
}
    然后在主函数中使用它,像这样:
    Java代码
int a=2;   
int b=5;   
swap(a,b);  

int a=2;
int b=5;
swap(a,b);


    我们都知道这是无法交换a,b的值的,可是大家是否还记得解决方法呢,怎么解决这个问题呢?在C语言中我们用指针,像这样:
    Java代码
void swap(int *a,int *a){   
int temp=*a;   
*a=*b;   
*b=temp;   
}   
main(){   
int a=2;   
int b=5;   
swap(&a,&b);   
}  

void swap(int *a,int *a){
int temp=*a;
*a=*b;
*b=temp;
}
main(){
int a=2;
int b=5;
swap(&a,&b);
}
    看到这里,大家可能想起来了,这里使用了引用。
说到这里,大家是不是豁然开朗了呢,在Java栈内存中存放的就是引用啊,所以Java虽然没有显式的指针,但处处是指针。
   
    好了,休息一下,我们再继续

    随着一步步深入,大家可能对Java程序内存分配情况有了大致的了解,那么让我们一起来谈谈更高级的主题吧。
在文章开头我们使用String类例子,大家是不是觉得有点别扭呢?是啊,可能大家定义String都是像下面这样直接定义的,但这样有什么不同呢?
    Java代码
String s1="abc";  
String s2="abc";  
System.out.print(s1.equals(s2)); // 1  
System.out.print(s1==s2); // 2 

    显然,上面程序第1条打印语句,输出的是true,那么第二条呢?
    如果大家运行该程序,第2条打印的也是true,为什么呢?大家是不是有点迷糊了呢,好,让我们来分析一下这个程序内存分配情况吧。

    在这里我们先介绍一个高级概念:常量池
    JVM虚拟机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(string,integer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。
    在介绍完JVM常量池的概念后,接着我们谈开始前面提到的“abc”的值的内存分布的位置。对“abc”的值,实际上是在class文件被JVM装载到内存当中就已经为“abc”这个字符串在常量池的CONSTANT_String_info表中分配了空间来存储“abc”这个值。既然“abc”这个字符串常量存储在常量池中,常量池是属于类型信息的一部分,类型信息也就是每一个被转载的类型,这个类型反映到JVM内存模型中是对应存在于JVM内存模型的方法区中,也就是这个类型信息中的常量池是存在于在方法区中,方法区可以在一个堆中自由分配。
    这也就说明了为什么s1==s2,因为它们俩都是指向常量池中“abc”串的引用,而像文章开头里提到的new出来的String在新分配的堆内存中内容“abc”,只是常量池中“abc”串的拷贝。所以,请大家不要用new方法来初始化String类型,直接赋值就可以了。

    好,先说到这里了,希望通过这篇文章大家对Java程序内存有所了解。

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