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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(dòng)管理?xiàng):投?/FONT>,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(duì)象引用(堆內(nèi)存地址)

由new創(chuàng)建的對(duì)象和數(shù)組,

存取速度快

相對(duì)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(jī)自動(dòng)垃圾回收器管理。動(dòng)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(gè)新的對(duì)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(duì)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(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量為str1的引用,然后查找棧中是否有abc這個(gè)值,如果沒找到,就將abc存放進(jìn)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?yàn)樵跅V幸呀?jīng)有abc這個(gè)值,便將str2直接指向abc。這樣,就出現(xiàn)了str1與str2同時(shí)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?cè)谑褂弥T如String str = "abc";的格式定義類時(shí),總是想當(dāng)然地認(rèn)為,創(chuàng)建了String類的對(duì)象str。擔(dān)心陷阱!對(duì)象可能并沒有被創(chuàng)建!而可能只是指向一個(gè)先前已經(jīng)創(chuàng)建的 對(duì)象。只有通過new()方法才能保證每次都創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)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(shí),應(yīng)該考慮使用StringBuffer類,以提高程序效率。

三、  ==  內(nèi)存地址比對(duì)

String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true    str1和str2同時(shí)指向 棧內(nèi)存 中同一個(gè)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(gè)常量相加,先檢測(cè)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(gè)新的hello

 

 四、  equals 值進(jìn)行比對(duì)

 public booleanequals(Object anObject)

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

 五、  intern   棧中值的內(nèi)存地址

 

Public String intern()

當(dāng)調(diào)用intern方法時(shí)

1、如果池已經(jīng)包含一個(gè)等于此String對(duì)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(duì)象添加到池中,并返回此String對(duì)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(duì)象如果有

2.將s7指向pool中abc

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

    但缺點(diǎn)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(diǎn)。

 

   堆的優(yōu)勢(shì)是可以動(dòng)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(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。

   但缺點(diǎn)是,由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)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(dòng)變量。值得注意的是,自動(dòng)變量存的是字面值,不是類的實(shí)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(gè)指向int類型的引用,指向3這個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)定義:
int b = 3;
編譯器先處理int a = 3;首先它會(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)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(gè)存放3這個(gè)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(gè)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(shí)均指向3的情況。 
特別注意的是,這種字面值的引用與類對(duì)象的引用不同。假定兩個(gè)類對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象,如果一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài),那么另一個(gè)對(duì)象引用變量也即刻反映出這個(gè)變化。相反,通過字面值的引用來修改其值,不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)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(huì)等于4,還是等于3。在編譯器內(nèi)部,遇到a=4;時(shí),它就會(huì)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(gè)地址。因此a值的改變不會(huì)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(yùn)行時(shí)才根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建,因此比較靈活,但缺點(diǎn)是要占用更多的時(shí)間。

 

4. String是一個(gè)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(duì)比,在JDK 5.0之前,你從未見過Integer i = 3;的表達(dá)式,因?yàn)轭惻c字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,這種表達(dá)式是可以的!因?yàn)榫幾g器在后臺(tái)進(jìn)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(duì)象,而對(duì)象是類的實(shí)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(gè)新創(chuàng)建的類,似乎違反了此原則。其實(shí)不然。該類運(yùn)用了單例模式來返回類的實(shí)例,只不過這個(gè)實(shí)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(xì)節(jié)。那為什么在String str = "abc";中,并沒有通過new()來創(chuàng)建實(shí)例,是不是違反了上述原則?其實(shí)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(gè)步驟: 
(1)先定義一個(gè)名為str的對(duì)String類的對(duì)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(gè)存放字面值為"abc"的地址,接著創(chuàng)建一個(gè)新的String類的對(duì)象o,并將o的字符串值指向這個(gè)地址,而且在棧中這個(gè)地址旁邊記下這個(gè)引用的對(duì)象o。如果已經(jīng)有了值為"abc"的地址,則查找對(duì)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(chǎng)合下,其字符串值卻是保存了一個(gè)指向存在棧中數(shù)據(jù)的引用! 
為了更好地說明這個(gè)問題,我們可以通過以下的幾個(gè)代碼進(jìn)行驗(yàn)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(duì)象引用的變化,str1指向了另外一個(gè)新對(duì)象!而str2仍舊指向原來的對(duì)象。上例中,當(dāng)我們將str1的值改為"bcd"時(shí),JVM發(fā)現(xiàn)在棧中沒有存放該值的地址,便開辟了這個(gè)地址,并創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象,其字符串的值指向這個(gè)地址。 
事實(shí)上,String類被設(shè)計(jì)成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值,可以,但JVM在運(yùn)行時(shí)根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個(gè)新對(duì)象,然后將這個(gè)對(duì)象的地址返回給原來類的引用。這個(gè)創(chuàng)建過程雖說是完全自動(dòng)進(jìn)行的,但它畢竟占用了更多的時(shí)間。在對(duì)時(shí)間要求比較敏感的環(huán)境中,會(huì)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(gè)對(duì)象的引用直接指向str1所指向的對(duì)象(注意,str3并沒有創(chuàng)建新對(duì)象)。當(dāng)str1改完其值后,再創(chuàng)建一個(gè)String的引用str4,并指向因str1修改值而創(chuàng)建的新的對(duì)象??梢园l(fā)現(xiàn),這回str4也沒有創(chuàng)建新的對(duì)象,從而再次實(shí)現(xiàn)棧中數(shù)據(jù)的共享。 
我們?cè)俳又匆韵碌拇a。
String str2 = "abc"; 
String str2 = new String("abc");
創(chuàng)建了兩個(gè)引用。創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象。兩個(gè)引用分別指向不同的兩個(gè)對(duì)象。 
以上兩段代碼說明,只要是用new()來新建對(duì)象的,都會(huì)在堆中創(chuàng)建,而且其字符串是單獨(dú)存值的,即使與棧中的數(shù)據(jù)相同,也不會(huì)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?cè)?FONT color=#0000ff>使用諸如String str = "abc
";的格式定義類時(shí),總是想當(dāng)然地認(rèn)為,我們創(chuàng)建了String類的對(duì)象str。擔(dān)心陷阱!對(duì)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(gè)引用到底是否指向了一個(gè)新的對(duì)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(gè)新的對(duì)象。因此,更為準(zhǔn)確的說法是,我們創(chuàng)建了一個(gè)指向String類的對(duì)象的引用變量str,這個(gè)對(duì)象引用變量指向了某個(gè)值為"abc"的String類。清醒地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)對(duì)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(yùn)行速度,因?yàn)镴VM會(huì)自動(dòng)根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實(shí)際情況來決定是否有必要?jiǎng)?chuàng)建新對(duì)象。而對(duì)于String str = new String("abc");的代碼,則一概在堆中創(chuàng)建新對(duì)象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要?jiǎng)?chuàng)建新對(duì)象,從而加重了程序的負(fù)擔(dān)。這個(gè)思想應(yīng)該是享元模式的思想,但JDK的內(nèi)部在這里實(shí)現(xiàn)是否應(yīng)用了這個(gè)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(shí),用equals()方法;當(dāng)測(cè)試兩個(gè)包裝類的引用是否指向同一個(gè)對(duì)象時(shí),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(shí),應(yīng)該考慮使用StringBuffer,提高程序效率。

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