最近在編程時，修改方法傳入對象的對象引用，並沒有將修改反映到調用方法中。奇怪為什么結果沒有變化，原因是遺忘了Java對象引用和內存分配機制。本文介紹3個點：
① 該問題舉例說明
② 簡要闡述Java內存區域
③ 介紹JVM中方法調用的機制
1. Java方法調用傳參實例解析
Java中參數傳遞是值傳遞，即調用方法時，所有參數的傳遞都是值傳遞。基本類型直接將值拷貝給方法參數，引用類型將引用地址拷貝給方法參數。先看兩個String類型和對象引用的實例。
（1）字符串對象引用
public static void main(String[] args) {
String a = "123"; app(a); System.out.println(a); } private static void app(String a) { //String不可修改，只會重新創建，故main中a不變 a += "456"; }
輸出：123
分析：結果並沒有因為調用了app方法，而輸出123456。如注釋中描述，String（由字符數組實現）是不可修改的，所有的修改都會重新創建新的String對象，並且字符串拼接也會重新創建String對象（具體見下文）。也就是說app中的a字符串引用已不再指向main中a指向的內存塊，即main方法中a指向的內存塊中字符串的值沒有發送變化。
下圖展示了對象引用與內存塊的關系，可以看出來main方法中的與app方法中的a沒關系，只是剛調用賦值的時候指向同一個內存塊。
（2）字符串拼接源碼實現
通過下圖中字節碼命令可以看到，字符串拼接是通過StringBuilder實現的。
- 讀取的數據經第8行構建為String對象；
- 字符串拼接拆分為11-19，第11行構建StringBuilder對象，第16行調append方法，將字段串拼接到后邊（底層通過將字符串中的字符放入原字符串字符數組中）
- 第19行，調StringBuilder.toString方法返回拼接好的字符串。
toString()的源碼如下：
@Override
public String toString() { // Create a copy, don't share the array return new String(value, 0, count); }
重新構建String對象，並且注釋中說明創建拷貝，但不共享字符數組。String構造函數底層會調Arrays.copyOfRange(char[] original, int from, int to)方法，將original字符數組拷貝到一個新的字符數組中，源碼如下：
public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, int to) {
int newLength = to - from; if (newLength < 0) throw new IllegalArgumentException(from + " > " + to); char[] copy = new char[newLength]; System.arraycopy(original, from, copy, 0, Math.min(original.length - from, newLength)); return copy; }
（3）普通對象引用
public static void main(String[] args) {
ListNode node = new ListNode(4); System.out.println(node); chg(node); System.out.println(node.val); } private static void chg(ListNode node) { node.val+=1; System.out.println(node); node= new ListNode(2); System.out.println(node); } static class ListNode{ private int val; private ListNode next; ListNode(int val){ this.val = val; } }
輸出：
test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55
test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55
test.InsertSortTest$ListNode@15db9742
5
分析：① test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55地址對應的對象，在main方法調chg方法傳遞參數的時候，將地址拷貝給chg方法的參數node，在chg方法中修改對象的值，此時兩個方法中的node仍指向統一內存塊，故main方法中輸出為5。
② node= new ListNode(2) 語句將chg方法中的node重新指向另一個對象地址test.InsertSortTest$ListNode@15db9742，此時main方法和chg方法中的node指向不同的對象。
2. Java內存區域
具體Java虛擬機運行時數據區的划分，網上有很多相關資料，還可以看《深入理解Java虛擬機》，在此就不贅述了。但需要說明一點JDK7和JDK8稍有不同，就是JDK8中將原有的方法區（Method Area）或永久代改為元空間（MetaSpace），即將存儲類信息、靜態變量等元數據信息從方法區（也是堆內存）移動到本地內存（native memory）中。將不會出現java.lang.OutOfMemoryError: PermGen異常，如果該區域設置了大小，可能會出現java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space異常，如果不設置大小，默認是自增的。
JDK7中JVM運行時數據區的划分如下圖：（JDK7時，已將字符串常量池從方法區移到堆中）
JDK8中JVM運行時數據區的划分：
這兩張圖分別參考自選擇JDK1.8的理由之JVM內存變化和深入理解系列之JDK8下JVM虛擬機（1）——JVM內存組成，其中對變化也闡述的比較清楚。
3. Java方法調用機制（字節碼執行引擎）
棧幀是支持虛擬機方法調用和方法執行的數據結構，每個方法調用都對應一個棧幀。棧幀中包含局部變量表、操作棧、動態連接和方法返回地址等信息，結構如下圖所示（圖摘自Java —— 運行時棧幀結構）：
具體內容的介紹參考書《深入理解Java虛擬機》。簡單總結如下：
1. 基本概念
- 棧幀中局部變量表的大小、操作數棧的大小在編譯期確定；
- 局部變量表用於存儲方法參數和方法內部定義的局部變量，以槽（slot）為最小單位；
- 操作數棧用於存儲指令計算對應的數據元素；
- 動態連接是指向運行時常量池中該棧幀所屬方法放入引用，在運行期間可以轉化為直接引用；
- 返回地址保存棧幀退出時，返回到方法被調用的位置，有正常退出（由PC計數器確定）和異常退出（由異常處理器表確定）；
2. 方法調用
（1）解析
- 方法調用在Class文件中存儲的都是符號引用，而不是方法在實際運行時內存布局中的入口地址（或直接引用）
- 在類加載的解析階段，會將其中一部分符號引用轉為直接引用，如編譯期可知、運行期不可變的方法，包括靜態方法和私有方法兩大類，他們不可能被繼承或重寫；
- 5條字節碼指令：invokestatic（調靜態方法）、invokespecial（調構造方法<init>、私有方法和父類方法）、invokevirtual（調虛方法）、invokeinterface（調接口方法，運行時確定實現該接口的對象）、invokedynamic（用於動態類型語言，暫不深究）。
- 前2種對應的為非虛方法，解析階段可以將符號引用轉為直接引用，不會延遲到運行期；invokevirtual和invokeinterface作用於虛方法（除final方法外）
（2）分派
- Java多態性主要通過重載和重寫實現，他們在JAVA虛擬機中是通過分派完成，包含靜態分派（對應重載）和動態分派（對應重寫）
- 定義一個變量，其有靜態類型和實際類型，靜態類型變量本身不會被改變，在編譯期可知；編譯時程序不知道一個對象實際類型是什么。
- 重載時，是通過參數的靜態類型作為判斷依據的；重寫時，是在運行時根據實際類型作為判斷依據，根據操作數棧頂所指的實際類型，去類型和父類型的常量池中查找對應方法。
3. 方法執行
Java虛擬機采用基於棧的字節碼解釋執行，過程涉及字節碼指令、程序計數器、局部變量表和操作棧等，具體例子可參考書《深入理解Java虛擬機》。
4. 總結
- 方法調用時，方法參數是通過值傳遞的，並且方法參數會存儲在棧幀中的局部變量表中，當修改該參數變量的指針時，與原來變量所指的內存塊不同
- Java虛擬機在JDK8時，將原來的永久代（方法區）改為元空間，放入本地內存。其中一個好處是防止永久代空間溢出問題
- Java方法調用和執行是基於棧的字節碼指令解釋執行引擎，調用過程中涉及什么時機將符號引用轉為直接引用，非虛方法調用發生在解析階段，重載發生在編譯期，重寫發生在運行時。
5.參考
《深入理解Java虛擬機》