Java面试相关——堆和栈-简书

引言：Java 中的堆和栈 Java把内存划分成两种：一种是栈内存，一种是堆内存。至于“方法区”（静态存储区），可以理解为：主要存放静态数据、全局 static 数据和常量。这块内存在程序编译时就已经分配好，并且在程序整个运行期间都存在。总的来说：堆和栈针对非静态数据，而方法区针对静态数据。

一、堆内存和栈内存

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自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。

·栈：

o简单理解：堆栈（stack）是操作系统在建立某个进程或者线程（在支持多线程的操作系统中是线程）为这个线程建立的存储区域，该区域具有先进后出的特性。

o特点：存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。栈中的数据可以共享（意思是：栈中的数据可以被多个变量共同引用）。

o缺点：存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。

o相关存放对象：①一些基本类型的变量（,int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和对象句柄【例如：在函数中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量】。②方法的形参 直接在栈空间分配，当方法调用完成后从栈空间回收。

o特殊：①方法的引用参数，在栈空间分配一个地址空间，并指向堆空间的对象区，当方法调用完成后从栈空间回收。②局部变量new出来之后，在栈控件和堆空间中分配空间，当局部变量生命周期结束后，它的栈空间立刻被回收，它的堆空间等待GC回收。

·堆：

o简单理解：每个Java应用都唯一对应一个JVM实例，每一个JVM实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或者数组都放在这个堆中，并由应用所有的线程共享。Java中分配堆内存是自动初始化的，Java中所有对象的存储控件都是在堆中分配的，但这些对象的引用则是在栈中分配，也就是一般在建立一个对象时，堆和栈都会分配内存。

o特点：可以动态地分配内存大小、比较灵活，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。在堆中分配的内存，由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

o缺点：由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

o主要存放：①由new创建的对象和数组 ；②this

o特殊：引用数据类型（需要用new来创建），既在栈控件分配一个地址空间，又在堆空间分配对象的类变量。

补充：在堆中产生了一个数组或对象后，还可以在栈中定义一个特殊的变量，让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址，栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。

引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称，以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。

引用变量是普通变量，定义时在栈中分配内存，引用变量在程序运行到作用域外释放。而数组＆对象本身在堆中分配，即使程序运行到使用new产生数组和对象的语句所在地代码块之外，数组和对象本身占用的堆内存也不会被释放，数组和对象在没有引用变量指向它的时候，才变成垃圾，不能再被使用，但是仍然占着内存，在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器释放掉。这个也是java比较占内存的主要原因。

这里可以理解为：

String s1 = new String('abc');

这里面：'abc'表示栈中的一个存储空间中的一个数据，new String('abc')表示存在于堆中的一个对象，这个对象的值为‘abc’，String s1则表示栈中定义的一个取了new String('abc')在堆中的首地址的一个特殊变量，也就是：s1成了引用变量，相当于一个别名。

二、Java数据存储和JVM内存分区

·在JAVA中，有六个不同的地方可以存储数据：

1.寄存器（register）。这是最快的存储区，因为它位于不同于其他存储区的地方——处理器内部。但是寄存器的数量极其有限，所以寄存器由编译器根据需求进行分配。你不能直接控制，也不能在程序中感觉到寄存器存在的任何迹象。

2.堆栈（stack）。位于通用RAM中，但通过它的“堆栈指针”可以从处理器哪里获得支持。堆栈指针若向下移动，则分配新的内存；若向上移动，则释放那些内存。这是一种快速有效的分配存储方法，仅次于寄存器。创建程序时候，JAVA编译器必须知道存储在堆栈内所有数据的确切大小和生命周期，因为它必须生成相应的代码，以便上下移动堆栈指针。这一约束限制了程序的灵活性，所以虽然某些Java数据存储在堆栈中——特别是对象引用，但是JAVA对象不存储其中。

3.堆（heap）。一种通用性的内存池（也存在于RAM中），用于存放所以的JAVA对象。堆不同于堆栈的好处是：编译器不需要知道要从堆里分配多少存储区域，也不必知道存储的数据在堆里存活多长时间。因此，在堆里分配存储有很大的灵活性。当你需要创建一个对象的时候

，只需要new写一行简单的代码，当执行这行代码时，会自动在堆里进行存储分配。当然，为这种灵活性必须要付出相应的代码。用堆进行存储分配比用堆栈进行存储存储需要更多的时间。

4.静态存储（static storage）。这里的“静态”是指“在固定的位置”。静态存储里存放程序运行时一直存在的数据。你可用关键字static来标识一个对象的特定元素是静态的，但JAVA对象本身从来不会存放在静态存储空间里。

5.常量存储（constant storage）。常量值通常直接存放在程序代码内部，这样做是安全的，因为它们永远不会被改变。有时，在嵌入式系统中，常量本身会和其他部分分割离开，所以在这种情况下，可以选择将其放在ROM中 。

6.非RAM存储。如果数据完全存活于程序之外，那么它可以不受程序的任何控制，在程序没有运行时也可以存在。

就速度来说，有如下关系：

寄存器 < 堆栈="">< 堆=""><>

·JVM的内存分区：

JVM的分区可分为三个：堆（heap）、栈（stack）和方法区（method）

1.堆区：

o存储的全是对象，每个对象都包含一个与之对应的class信息（我们常说的类类型，Clazz.getClass()等方式获取），class目的是得到操作指令。

oJVM只有一个堆区（heap）被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身。【这里的‘对象’，就不包括基本数据类型】

4.栈区：

o每个线程包含自己的一个栈区，栈中只保存基本数据类型的对象和自定义对象的引用。

o每个栈中的数据（基本类型和对象引用）都是私有的，其他栈不可访问。

o栈 = 基本类型变量区 + 执行环境上下文 + 操作指令区（存放操作指令）

8.方法区【这个可能比较陌生】

o又称为‘静态区’，和堆一样，被所有的线程共享。

o方法区包含所有的class和static变量。

补充：大家也许听说过“数据区”或者“运行时数据区”这个名词，这里，我们说JVM是驱动Java程序运行的基础，而它有三个分区：堆、栈、方法区，实际上，JVM的三个方法区就是包含于 JVM的运行时数据区中的三大块。于是，“数据区”与上述的分区的关系就明朗了。

三、Java的两种数据类型：

1.基本类型(primitive types), 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。【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a只是指向int类型（不是类）的引用，指向字面值3，此时，由于这些字面值的数据大小可知并且生存期可知（他们在程序内某个固定代码块中，代码块退出，他们就消失），为了追求速度，于是存在栈中】

2.包装类，如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据全部存在于堆中，Java用new()语句来显式地告诉编译器，在运行时才根据需要动态创建，因此比较灵活，但缺点是要占用更多的时间。

视频资料链接：

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