深度解析Java內(nèi)存的原型及工作原理
本文主要通過(guò)分析Java內(nèi)存分配的棧、堆以以及常量池詳細(xì)的講解了其的工作原理。
一、java虛擬機(jī)內(nèi)存原型
寄存器：我們?cè)诔绦蛑袩o(wú)法控制棧：存放基本類(lèi)型的數(shù)據(jù)和對(duì)象的引用，但對(duì)象本身不存放在棧中，而是存放在堆中堆：存放用new產(chǎn)生的數(shù)據(jù)靜態(tài)域：存放在對(duì)象中用static定義的靜態(tài)成員常量池：存放常量非RAM存儲(chǔ)：硬盤(pán)等***存儲(chǔ)空間。
二、常量池（constant pool）
常量池指的是在編譯期被確定，并被保存在已編譯的。class文件中的一些數(shù)據(jù)。除了包含代碼中所定義的各種基本類(lèi)型（如int、long等等）和對(duì)象型（如String及數(shù)組）的常量值（final）還包含一些以文本形式出現(xiàn)的符號(hào)引用，比如：
1、類(lèi)和接口的全限定名；
2、字段的名稱(chēng)和描述符；
3、方法和名稱(chēng)和描述符。
虛擬機(jī)必須為每個(gè)被裝載的類(lèi)型維護(hù)一個(gè)常量池。常量池就是該類(lèi)型所用到常量的一個(gè)有序集和，包括直接常量（string,integer和floating point常量）和對(duì)其他類(lèi)型，字段和方法的符號(hào)引用。對(duì)于String常量，它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在內(nèi)存當(dāng)中是以表的形式存在的， 對(duì)于String類(lèi)型，有一張固定長(zhǎng)度的CONSTANT_String_info表用來(lái)存儲(chǔ)文字字符串值，注意：該表只存儲(chǔ)文字字符串值，不存儲(chǔ)符號(hào)引 用。說(shuō)到這里，對(duì)常量池中的字符串值的存儲(chǔ)位置應(yīng)該有一個(gè)比較明了的理解了。在程序執(zhí)行的時(shí)候，常量池 會(huì)儲(chǔ)存在Method Area,而不是堆中。
三、Java內(nèi)存分配中的棧
棧的基本單位是幀（或棧幀）：每當(dāng)一個(gè)java線(xiàn)程運(yùn)行的時(shí)候， java虛擬機(jī)會(huì)為該線(xiàn)程分配一個(gè)java棧。該線(xiàn)程在執(zhí)行某個(gè)java方法的時(shí)候， 向java棧壓入一個(gè)幀，這個(gè)幀用于存儲(chǔ)參數(shù)、局部變量、操作數(shù)、中間運(yùn)算結(jié)果等。當(dāng)這個(gè)方法執(zhí)行完的時(shí)候，幀會(huì)從棧中彈出。Java棧上的所有數(shù)據(jù)是私有的，其他線(xiàn)程都不能該線(xiàn)程的棧數(shù)據(jù)。在函數(shù)中定義的一些基本類(lèi)型的變量數(shù)據(jù)和對(duì)象的引用變量都在函數(shù)的棧內(nèi)存中分配。當(dāng)在一段代碼塊定義一個(gè)變量時(shí)，Java就在棧中 為這個(gè)變量分配內(nèi)存空間，當(dāng)該變量退出該作用域后，Java會(huì)自動(dòng)釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間可以立即被另作他用。
四、Java內(nèi)存分配中的堆
java虛擬機(jī)中的堆用來(lái)存放由new創(chuàng)建的對(duì)象和數(shù)組。 在堆中分配的內(nèi)存，由Java虛擬機(jī)的自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制來(lái)管理堆的內(nèi)存。簡(jiǎn)單的說(shuō)和棧相對(duì)，堆主要是用來(lái)存放java對(duì)象的，棧主要是用來(lái)存放對(duì)象引用的…在堆中產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)組或?qū)ο蠛螅€可以 在棧中定義一個(gè)特殊的變量，讓棧中這個(gè)變量的取值等于數(shù)組或?qū)ο笤诙褍?nèi)存中的首地址，棧中的這個(gè)變量就成了數(shù)組或?qū)ο蟮囊米兞俊?引用變量就相當(dāng)于是 為數(shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€(gè)名稱(chēng)，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來(lái)訪(fǎng)問(wèn)堆中的數(shù)組或?qū)ο蟆Ｒ米兞烤拖喈?dāng)于是為數(shù)組或者對(duì)象起的一個(gè)名稱(chēng)。
引用變量是普通的變量，定義時(shí)在棧中分配，引用變量在程序運(yùn)行到其作用域之外后被釋放。而數(shù)組和對(duì)象本身在堆中分配，即使程序運(yùn)行到使用new 產(chǎn)生數(shù)組或者對(duì)象的語(yǔ)句所在的代碼塊之外，數(shù)組和對(duì)象本身占據(jù)的內(nèi)存不會(huì)被釋放，數(shù)組和對(duì)象在沒(méi)有引用變量指向它的時(shí)候，才變?yōu)槔荒茉诒皇褂茫?然占據(jù)內(nèi)存空間不放，在隨后的一個(gè)不確定的時(shí)間被垃圾回收器收走（釋放掉）。這也是Java 比較占內(nèi)存的原因。實(shí)際上，棧中的變量指向堆內(nèi)存中的變量，這就是Java中的指針！
Java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，類(lèi)的（對(duì)象從中分配空間。這些對(duì)象通過(guò)new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程序代碼來(lái)顯式的釋放。堆是由垃圾回收來(lái)負(fù)責(zé)的，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，因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，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。
棧的優(yōu)勢(shì)是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧數(shù)據(jù)可以共享。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。棧中主要存放一些基本類(lèi)型的變量數(shù)據(jù)（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和對(duì)象句柄（引用）。
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 a=3; 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，然后查找棧中是否有3這個(gè)值，如果沒(méi)找到，就將3存放進(jìn)來(lái)，然后將a指向3.接著處理int b = 3;在創(chuàng)建完b的引用變量后，因?yàn)樵跅Ｖ幸呀?jīng)有3這個(gè)值，便將b直接指向3.這樣，就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。
這時(shí)，如果再令a=4;那么編譯器會(huì)重新搜索棧中是否有4值，如果沒(méi)有，則將4存放進(jìn)來(lái)，并令a指向4;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。
要注意這種數(shù)據(jù)的共享與兩個(gè)對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象的這種共享是不同的，因?yàn)檫@種情況a的修改并不會(huì)影響到b, 它是由編譯器完成的，它有利于節(jié)省空間。而一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象引用變量。
