| 關于Java棧與堆的思考 |
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作者：zdmilan 來自：CSDN 1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放數據的地方,。與C++不同，Java自動管理棧和堆,，程序員不能直接地設置?；蚨?。
2. 棧的優(yōu)勢是，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，存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的,，缺乏靈活性,。另外，棧數據可以共享,，詳見第3點,。堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內存大小，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據,。但缺點是，由于要在運行時動態(tài)分配內存，存取速度較慢,。
3. Java中的數據類型有兩種,。
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,。這些字面值的數據，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,，就是存在棧中的數據可以共享。假設我們同時定義
int a = 3;
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。
另一種是包裝類數據,，如Integer, String, Double等將相應的基本數據類型包裝起來的類,。這些類數據全部存在于堆中，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據,。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. 關于String str = "abc"的內部工作,。Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟：
(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指向對象o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據的引用,！
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 str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
注意,，我們這里并不用str1.equals(str2),；的方式，因為這將比較兩個字符串的值是否相等,。==號,，根據JDK的說明，只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值,。而我們在這里要看的是,，str1與str2是否都指向了同一個對象。
結果說明,，JVM創(chuàng)建了兩個引用str1和str2,，但只創(chuàng)建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象,。
我們再來更進一步,，將以上代碼改成：
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
str1 = "bcd";
System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc
System.out.println(str1==str2); //false
這就是說，賦值的變化導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 str1 = "abc";
String str2 = "abc";
str1 = "bcd";
String str3 = str1;
System.out.println(str3); //bcd
String str4 = "bcd";
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)棧中數據的共享,。
我們再接著看以下的代碼,。
String str1 = new String("abc");
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //false
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,。
String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1==str2); //false
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，即使與棧中的數據相同,，也不會與棧中的數據共享,。
6. 數據類型包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改,，所有的數據類型包裝類都不能更改其內部的值,。
7. 結論與建議：
(1)我們在使用諸如String str = "abc"；的格式定義類時,，總是想當然地認為,，我們創(chuàng)建了String類的對象str。擔心陷阱,！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會自動根據棧中數據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。這個思想應該是享元模式的思想,，但JDK的內部在這里實現(xiàn)是否應用了這個模式,，不得而知。
(3)當比較包裝類里面的數值是否相等時,，用equals()方法,；當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,，當String變量需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類,，以提高程序效率,。 |
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