如何理解JAVA堆棧


Java把內存划分成兩種:一種是棧內存,一種是堆內存。

堆棧的概念邏輯上的,在完全符合Java規范的Java處理器面世之前,所有Java虛擬機提供的內容都是由軟件模擬出來的。

在函數中定義的一些基本類型的變量和對象的引用變量都在函數的棧內存中分配。

當在一段代碼塊定義一個變量時,Java就在棧中為這個變量分配內存空間,當超過變量的作用域后,Java會自動釋放掉為該變量所分配的內存空間,該內存空間可以立即被另作他用。

堆內存用來存放由new創建的對象和數組。

在堆中分配的內存,由Java虛擬機的自動垃圾回收器來管理。

聲明對象時,就是先在棧中定義一個特殊的變量,不指向任何內存地址,然后在堆中產生了一個數組或對象后,讓棧中這個變量的取值等於數組或對象在堆內存中的首地址。

引用變量就相當於是為數組或對象起的一個名稱,以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來訪問堆中的數組或對象。

與C++不同,Java自動管理棧和堆,程序員不能直接地設置棧或堆。

概念說完了,來看具體區別:

1、數據結構上的不同

堆和棧都是一種數據項按序排列的數據結構。

棧就像裝數據的桶或箱子,它是一種具有后進先出性質的數據結構,也就是說后存放的先取,先存放的后取。這就如同我們要取出放在箱子里面底下的東西(放入的比較早的物體),我們首先要移開壓在它上面的物體(放入的比較晚的物體)。

堆像一棵倒過來的樹,是一種經過排序的樹形數據結構,每個結點都有一個值。通常我們所說的堆的數據結構,是指二叉堆。堆的特點是根結點的值最小(或最大),且根結點的兩個子樹也是一個堆。由於堆的這個特性,常用來實現優先隊列,堆的存取是隨意,這就如同我們在圖書館的書架上取書,雖然書的擺放是有順序的,但是我們想取任意一本時不必像棧一樣,先取出前面所有的書,書架這種機制不同於箱子,我們可以直接取出我們想要的書。

2、安全性

堆很靈活,但是不安全。對於對象,我們要動態地創建、銷毀,不能說后創建的對象沒有銷毀,先前創建的對象就不能銷毀,那樣的話我們的程序就寸步難行,所以Java中用堆來存儲對象。而一旦堆中的對象被銷毀,我們繼續引用這個對象的話,就會出現著名的NullPointerException,這就是堆的缺點——錯誤的引用邏輯只有在運行時才會被發現。

棧不靈活,但是很嚴格,是安全的,易於管理。因為只要上面的引用沒有銷毀,下面引用就一定還在,所以,在棧中,上面引用永遠可以通過下面引用來查找對象,同時如果確認某一區間的內容會一起存在、一起銷毀,也可以上下互相引用。在大部分程序中,都是先定義的變量、引用先進棧,后定義的后進棧,同時,區塊內部的變量、引用在進入區塊時壓棧,區塊結束時出棧,理解了這種機制,我們就可以很方便地理解各種編程語言的作用域的概念了,同時這也是棧的優點——錯誤的引用邏輯在編譯時就可以被發現。

3、效率與靈活性不同

Java的堆是一個運行時數據區,類的對象從中分配空間。這些對象通過new等指令建立,它們不需要程序代碼來顯式的釋放,而是由垃圾回收來負責的。

堆的優勢是:可以動態地分配內存大小,生存期也不必事先告訴編譯器,因為它是在運行時動態分配內存的,Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。

缺點是:由於要在運行時動態分配內存,存取速度較慢。

棧的優勢是:存取速度比堆要快,僅次於寄存器;

缺點是:存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。

4、棧數據可以共享。

假設我們同時定義:

int a = 3;

int b = 3;

編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中創建一個變量為a的引用,然后查找棧中是否有3這個值,如果沒找到,就將3存放進來,然后將a指向3。接着處理int b = 3;在創建完b的引用變量后,因為在棧中已經有3這個值,便將b直接指向3。這樣,就出現了a與b同時均指向3的情況。這時,如果再令a=4;那么編譯器會重新搜索棧中是否有4值,如果沒有,則將4存放進來,並令a指向4;如果已經有了,則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。

要注意這種數據的共享與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共享是不同的,因為這種情況a的修改並不會影響到b, 它是由編譯器完成的,它有利於節省空間。而一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態,會影響到另一個對象引用變量。


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