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java的棧與堆(基本數(shù)據(jù)類型與包裝數(shù)據(jù)類型)詳解

 IT民工收藏 2014-04-07

 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C++不同,Java自動管理棧和堆,程序員不能直接地設(shè)置棧或堆。

棧內(nèi)存

堆內(nèi)存

基礎(chǔ)類型,對象引用(堆內(nèi)存地址)

由new創(chuàng)建的對象和數(shù)組,

存取速度快

相對于棧內(nèi)存較慢

數(shù)據(jù)大小聲明周期必須確定

分配的內(nèi)存由java虛擬機自動垃圾回收器管理。動態(tài)分配內(nèi)存大小

共享特性

棧中如果有字符串,則直接引用

如果沒有,開辟新的空間存入值

每new一次在堆內(nèi)存中生成一個新的對象。

創(chuàng)建之后值可以改變

String類聲明后則不可改變    

一、棧內(nèi)存

基礎(chǔ)類型int, short, long, byte, float, double, boolean, char和對象引用

 

棧的共享特性

String str1 = "abc";
       String str2 = "abc";
       System.out.println(str1==str2); //true

1、編譯器先處理String str1 = "abc";它會在棧中創(chuàng)建一個變量為str1的引用,然后查找棧中是否有abc這個值,如果沒找到,就將abc存放進來,然后將str1指向abc。

2、  接著處理String str2 = "abc";在創(chuàng)建完b的引用變量后,因為在棧中已經(jīng)有abc這個值,便將str2直接指向abc。這樣,就出現(xiàn)了str1與str2同時均指向abc的情況。

二、堆內(nèi)存

new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立

  要注意:我們在使用諸如String str = "abc";的格式定義類時,總是想當(dāng)然地認為,創(chuàng)建了String類的對象str。擔(dān)心陷阱!對象可能并沒有被創(chuàng)建!而可能只是指向一個先前已經(jīng)創(chuàng)建的 對象。只有通過new()方法才能保證每次都創(chuàng)建一個新的對象。 由于String類的immutable性質(zhì),當(dāng)String變量需要經(jīng)常變換其值時,應(yīng)該考慮使用StringBuffer類,以提高程序效率。

三、  ==  內(nèi)存地址比對

String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true    str1和str2同時指向 棧內(nèi)存 中同一個內(nèi)存空間

String str3 = "abc";
String str4 = new String("abc") ;

System.out.println(str3 == str4);    //flase str3值在棧內(nèi)存中,str4值在堆內(nèi)存中

 

String hello = "hello" ;

String hel = "hel" ;

String lo = "lo" ;

System.out.println(hello == "hel" + "lo") ; //true

//兩個常量相加,先檢測棧內(nèi)存中是否有hello如有有,指向已有的棧中的hello空間

System.out.println(hello == "hel" + lo) ;   //flase

System.out.println(hello == hel + lo) ;     //flase

 //lo是在常量池中,不檢查棧內(nèi)存,在堆中產(chǎn)生一個新的hello

 

 四、  equals 值進行比對

 public booleanequals(Object anObject)

將此字符串與指定的對象比較。當(dāng)且僅當(dāng)該參數(shù)不為null,并且是與此對象表示相同字符序列的String對象時,結(jié)果才為true。

 String str5 = "abc";
String str6 = new String("abc") ;

System.out.println(str5.equals(str6));    //true   str5的值str6的值比對

 五、  intern   棧中值的內(nèi)存地址

 

Public String intern()

當(dāng)調(diào)用intern方法時

1、如果池已經(jīng)包含一個等于此String對象的字符串(用equals(Object)方法確定),則返回池中的字符串。

2、將此String對象添加到池中,并返回此String對象的引用。

 

String s7 = new String("abc") ;

String s8 = "abc" ;

 

System.out.println(s7 == s7.intern()) ;//flase;

System.out.println(s8 == s7.intern() );//true

 

1.檢查棧內(nèi)存中有沒有abc對象如果有

2.將s7指向pool中abc

 
2. 棧的優(yōu)勢,存取速度比堆要快,僅次于直接位于CPU中的寄存器。

    但缺點是,存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。另外,棧數(shù)據(jù)可以共享,詳見第3點。

 

   堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內(nèi)存大小,生存期也不必事先告訴編譯器,Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。

   但缺點是,由于要在運行時動態(tài)分配內(nèi)存,存取速度較慢。 


3. Java中的數(shù)據(jù)類型有兩種。 
一種是基本類型(primitive types), 共有8種,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,并沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來定義的,稱為自動變量。值得注意的是,自動變量存的是字面值,不是類的實例,即不是類的引用,這里并沒有類的存在。如int a = 3; 這里的a是一個指向int類型的引用,指向3這個字面值。這些字面值的數(shù)據(jù),由于大小可知,生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊里面,程序塊退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于棧中。 
另外,棧有一個很重要的特殊性,就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時定義:
int b = 3;
編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用,然后查找有沒有字面值為3的地址,沒找到,就開辟一個存放3這個字面值的地址,然后將a指向3的地址。接著處理int b = 3;在創(chuàng)建完b的引用變量后,由于在棧中已經(jīng)有3這個字面值,便將b直接指向3的地址。這樣,就出現(xiàn)了a與b同時均指向3的情況。 
特別注意的是,這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象,如果一個對象引用變量修改了這個對象的內(nèi)部狀態(tài),那么另一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反,通過字面值的引用來修改其值,不會導(dǎo)致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例,我們定義完a與b的值后,再令a=4;那么,b不會等于4,還是等于3。在編譯器內(nèi)部,遇到a=4;時,它就會重新搜索棧中是否有4的字面值,如果沒有,重新開辟地址存放4的值;如果已經(jīng)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。 
另一種是包裝類數(shù)據(jù),如Integer, String, Double等將相應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型包裝起來的類。這些類數(shù)據(jù)全部存在于堆中,Java用new()語句來顯示地告訴編譯器,在運行時才根據(jù)需要動態(tài)創(chuàng)建,因此比較靈活,但缺點是要占用更多的時間。

 

4. String是一個特殊的包裝類數(shù)據(jù)。即可以用String str = new String("abc");的形式來創(chuàng)建,也可以用String str = "abc";的形式來創(chuàng)建(作為對比,在JDK 5.0之前,你從未見過Integer i = 3;的表達式,因為類與字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,這種表達式是可以的!因為編譯器在后臺進行Integer i = new Integer(3)的轉(zhuǎn)換)。前者是規(guī)范的類的創(chuàng)建過程,即在Java中,一切都是對象,而對象是類的實例,全部通過new()的形式來創(chuàng)建。Java中的有些類,如DateFormat類,可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創(chuàng)建的類,似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的實例,只不過這個實例是在該類內(nèi)部通過new()來創(chuàng)建的,而getInstance()向外部隱藏了此細節(jié)。那為什么在String str = "abc";中,并沒有通過new()來創(chuàng)建實例,是不是違反了上述原則?其實沒有。 


5. 關(guān)于String str = "abc"的內(nèi)部工作。Java內(nèi)部將此語句轉(zhuǎn)化為以下幾個步驟: 
(1)先定義一個名為str的對String類的對象引用變量:String str; 
(2)在棧中查找有沒有存放值為"abc"的地址,如果沒有,則開辟一個存放字面值為"abc"的地址,接著創(chuàng)建一個新的String類的對象o,并將o的字符串值指向這個地址,而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。如果已經(jīng)有了值為"abc"的地址,則查找對象o,并返回o的地址。 
(3)將str指向?qū)ο髈的地址。 
值得注意的是,一般String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc";這種場合下,其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數(shù)據(jù)的引用! 
為了更好地說明這個問題,我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。
String str2 = "abc"; 
String str1 = "abc"; 
str1 = "bcd"; 
System.out.println(str1==str2); //false
這就是說,賦值的變化導(dǎo)致了類對象引用的變化,str1指向了另外一個新對象!而str2仍舊指向原來的對象。上例中,當(dāng)我們將str1的值改為"bcd"時,JVM發(fā)現(xiàn)在棧中沒有存放該值的地址,便開辟了這個地址,并創(chuàng)建了一個新的對象,其字符串的值指向這個地址。 
事實上,String類被設(shè)計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值,可以,但JVM在運行時根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個新對象,然后將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創(chuàng)建過程雖說是完全自動進行的,但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環(huán)境中,會帶有一定的不良影響。 
再修改原來代碼:
String str2 = "abc"; 
str1 = "bcd"; 
String str3 = str1; 
System.out.println(str1 == str4); //true
str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意,str3并沒有創(chuàng)建新對象)。當(dāng)str1改完其值后,再創(chuàng)建一個String的引用str4,并指向因str1修改值而創(chuàng)建的新的對象??梢园l(fā)現(xiàn),這回str4也沒有創(chuàng)建新的對象,從而再次實現(xiàn)棧中數(shù)據(jù)的共享。 
我們再接著看以下的代碼。
String str2 = "abc"; 
String str2 = new String("abc");
創(chuàng)建了兩個引用。創(chuàng)建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。 
以上兩段代碼說明,只要是用new()來新建對象的,都會在堆中創(chuàng)建,而且其字符串是單獨存值的,即使與棧中的數(shù)據(jù)相同,也不會與棧中的數(shù)據(jù)共享。 
6. 數(shù)據(jù)類型包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改,所有的數(shù)據(jù)類型包裝類都不能更改其內(nèi)部的值。

 7. 結(jié)論與建議: 
(1)我們在使用諸如String str = "abc";的格式定義類時,總是想當(dāng)然地認為,我們創(chuàng)建了String類的對象str。擔(dān)心陷阱!對象可能并沒有被創(chuàng)建!唯一可以肯定的是,指向String類的引用被創(chuàng)建了。至于這個引用到底是否指向了一個新的對象,必須根據(jù)上下文來考慮,除非你通過new()方法來顯要地創(chuàng)建一個新的對象。因此,更為準確的說法是,我們創(chuàng)建了一個指向String類的對象的引用變量str,這個對象引用變量指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認識到這一點對排除程序中難以發(fā)現(xiàn)的bug是很有幫助的。 
(2)使用String str = "abc";的方式,可以在一定程度上提高程序的運行速度,因為JVM會自動根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實際情況來決定是否有必要創(chuàng)建新對象。而對于String str = new String("abc");的代碼,則一概在堆中創(chuàng)建新對象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要創(chuàng)建新對象,從而加重了程序的負擔(dān)。這個思想應(yīng)該是享元模式的思想,但JDK的內(nèi)部在這里實現(xiàn)是否應(yīng)用了這個模式,不得而知。 
(3)當(dāng)比較包裝類里面的數(shù)值是否相等時,用equals()方法;當(dāng)測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時,用==。 
(4)由于String類的immutable性質(zhì),當(dāng)String變量需要經(jīng)常變換其值時,應(yīng)該考慮使用StringBuffer,提高程序效率。

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