java中變量的內存分配

java中的變量大體分為：類（靜態）變量、成員變量、局部變量，在class文件被jvm的類加載器加載后，隨后這些變量被分配至內存中。但是，它們何時被分配至內存的何處呢？

jvm把自己運行時管理的內存稱為運行時數據區。主要分為棧、堆、方法區，java變量就存在這3個區中。

下表為棧、堆、方法區內存分配情況：

運行時數據區	內存分配時機	分配內容	備注
棧	線程執行方法時	• 當前線程中局部基本類型的變量（boolean、char、byte、short、int、long、float、double） • 對象引用（非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址） • returnAddress......
堆	new創建對象時	• 對象實例及其成員變量 • 數組值	• 可以認為Java中所有通過new創建的對象的內存都在此分配 • 是GC回收的主要區域
方法區	類加載器加載class文件時	• 類的信息（名稱、修飾符等） • 類中的靜態變量（從jdk7開始移至堆中） • 類中定義為final類型的常量（從jdk7開始移至堆中） • 類中的Field信息 • 類中的方法信息	• 很難被回收，在一定的條件下它也會被GC • jdk7及以前由永久代實現，因此方法區也被習慣稱為永久代，jdk8由元數據區實現 • jdk7開始，靜態變量、運行時常量池（final修飾的常量在運行時常量池中）被移至堆中。在“《深入理解Java虛擬機》第三版 2.4.3　方法區和運行時常量池溢出”一節中的實例測試也印證了運行時常量池在jdk7搬家到了堆中

注意：
1.對於引用類型的變量而言，由於引用類型的變量由兩部分組成：引用及引用指向的對象。因此，對於引用類型的變量而言，搞清楚它在內存中的位置需要明白：其引用存儲在哪里，其引用指向的對象存儲在哪里。而對於基本類型的變量，由於它沒有引用（變量名和引用是兩碼事，基本類型的變量雖然有變量名但沒有引用），所以無需考慮基本類型變量的引用存儲在哪里。
2.本文的難點是：搞清楚靜態變量及常量在內存中的存儲位置。因為它們在jdk7時“搬過家”：從方法區的永久代搬家到了堆中（至於搬到了堆中的具體位置筆者也不是很清楚）。由於在《Java虛擬機規范》中我沒有找到這兩個家伙的搬家記錄，下面僅從《深入理解Java虛擬機》中的相關記錄進行說明。需要說明的是：由於常量在類加載器加載后被存儲在運行時常量池中，因此確定了運行時常量池的存儲位置自然就確定了常量的存儲位置。
• 靜態變量的搬家記錄：

到了JDK 7的HotSpot，已經把原本放在永久代的字符串常量池、靜態變量等移出——《深入理解Java虛擬機》第三版 2.2運行時數據區域

准備階段是正式為類中定義的變量（即靜態變量，被static修飾的變量）分配內存並設置類變量初始值的階段，從概念上講，這些變量所使用的內存都應當在方法區中進行分配，但必須注意到方法區本身是一個邏輯上的區域，在JDK 7及之前，HotSpot使用永久代來實現方法區時，實現是完全符合這種邏輯概念的；而在JDK 8【筆者注：作者在后面說到JDK1.7的時候靜態變量已從永久代移出，所以這里應該是印刷錯誤或筆誤，正確的寫法應該是“JDK7”】及之后，類變量則會隨着Class對象一起存放在Java堆中，這時候“類變量在方法區”就完全是一種對邏輯概念的表述了，關於這部分內容，筆者已在4.3.1節介紹並且驗證過。——《深入理解Java虛擬機》第三版 7.3類加載的過程——《深入理解Java虛擬機》第三版 7.3類加載的過程

• 常量的搬家記錄：

在JDK 6或更早之前的HotSpot虛擬機中，常量池都是分配在永久代中，......出現這種變化，是因為自JDK 7起，原本存放在永久代的字符串常量池被移至Java堆之中 ——《深入理解Java虛擬機》第三版 2.4.3　方法區和運行時常量池溢出

上文從堆、棧、方法區的角度說明了變量的內存分配，但是，通常情況下，我們很少從這個角度想問題，更多的是，我們會從變量的角度，去思考這個變量存在哪里。下文就從變量的角度再梳理一遍，雖然你可能認為沒這個必要，因為下文的內容主要依據是來自於上文，本來在寫本文時，筆者也考慮了將下文干脆刪去使得本文更加簡潔，但是最后還是保留了，或許這類似於古詩文中的“互文”吧。

一、局部變量

• 局部變量存在棧中。當線程執行某一個方法時，jvm會在棧空間創建一個棧幀，棧幀包含局部變量表、動態鏈接等信息。局部變量表存放了局部變量，包含基本類型變量（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）及對象引用（reference類型，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）。
• 引用指向的對象實例存儲在堆中。

二、成員變量

• 當new創建一個對象時，成員變量會隨着對象被分配在堆中。如果成員變量是引用類型，引用會隨着對象存儲在一塊堆空間中，引用指向的對象存儲在另一塊堆空間中。

三、類（靜態）變量、常量

• 類（靜態）變量
類加載器在加載class文件的准備階段，即為類變量分配內存並設置初始值的階段。類變量被分配在方法區中，在jdk7之前，HotSpot使用永久代實現方法區時，類變量被分配在永久代中，從jdk7開始，類變量被移至堆中。（靜態常量和靜態變量存儲的位置是一致的）

• 常量
常量也屬於成員變量，按照成員變量的內存分配原則，它也應該隨着創建的對象一起被分配到堆中，然而並非如此，被final修飾的常量被編譯成class文件后，位於常量池表中，在類加載后，常量池表中的內容存放在運行時常量池中，而運行時常量池是方法區的一部分。運行時常量池像類變量一樣，在jdk7也搬家到了堆中。因此，在jdk7之前，常量存儲在方法區中，從jdk7開始，常量存儲在堆中。

總結：

在類中定義的三種變量在內存中的分配位置及分配時機如下圖：

代碼示例

package 內存分配原理;

public class Demo {
    /*
    1.成員變量
    分配時機：new創建對象時
    分配位置：堆
     */
    // 舉例說明：在創建對象時（C1 c = new C1();）會給對象c的成員變量分配內存，其中基本類型數據i及引用s作為對象c的實例數據存儲在堆中；引用s指向的對象new String("a")存儲在另一塊堆空間
    private int i = 1; // 堆
    private String s/*引用：堆*/ = new String("a")/*對象實例：另一塊堆空間中*/;
    private String s1/*引用：堆*/ = "aa"/*字面量aa：字符串常量池*/; // 字符串常量池是運行時常量池的一部分，在jdk7之前位於方法區，jdk7開始移至堆中

    /*
    2.類（靜態）變量&常量&靜態常量
    分配時機：類加載時
    分配位置：方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)
     */
    // 靜態變量
    private static int ii = 2; // 方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)
    private static String ss/*引用：方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)*/ = new String("b")/*對象實例：堆*/;
    // 常量
    private final int iii = 3;// 方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)
    private final String sss/*引用：方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)*/ = new String("c")/*對象實例：堆*/;
    // 靜態常量
    private final static String ssss/*引用：方法區(jdk7之前) -> 堆(jdk7及以后)*/ = new String("d")/*對象實例：堆*/;

    /*
    3.局部變量
    分配時機：線程執行方法時
    分配位置：棧
    注：對於引用類型，其引用存在棧中，其引用所指向的對象實例存在堆中
     */
    void m() {
        int i4 = 4; // 棧
        Demo d/*引用：棧*/ = new Demo()/*堆*/;
    }
}

根據上面示例代碼，我畫了一張圖加以說明：