jvm使用分析
1.棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放資料的地方。與C++不同,Java自動管理棧和堆,程式設計師不能直接地設定棧或堆。
2. 棧的優勢是,存取速度比堆要快,僅次於直接位於CPU中的暫存器。但缺點是,存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的,缺乏靈活性。另外,棧資料可以共 享,詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小,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資料。但缺點是,由於要 在執行時動態分配記憶體,存取速度較慢。
3. Java中的資料型別有兩種。
一種是基本型別(primitive types), 共有8種,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,並沒有string的基本型別)。這種型別的定義是通過諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來定義的,稱為自動變數。值得注意的是,自動變數存的是字面值,不是類的例項,即不是類的引用,這裡並沒有類的存在。如int a = 3; 這裡的a是一個指向int型別的引用,指向3這個字面值。這些字面值的資料,由於大小可知,生存期可知(這些字面值固定定義在某個程式塊裡面,程式塊退出 後,欄位值就消失了),出於追求速度的原因,就存在於棧中。
另外,棧有一個很重要的特殊性,就是存在棧中的資料可以共享。假設我們同時定義:
int a = 3;
int b = 3;
編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中建立一個變數為a的引用,然後查詢有沒有字面值為3的地址,沒找到,就開闢一個存放3這個字面值的地址,然後將a指向3的地址。接著處 理int b = 3;在建立完b的引用變數後,由於在棧中已經有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物件的引用不同。假定兩個類物件的引用同時指向一個物件,如果一個物件引用變數修改了這個物件的內部狀態,那麼另 一個物件引用變數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的值後,再令a=4;那麼,b不會等於4,還是等於3。在編譯器內部,遇到a=4;時,它就會重新搜尋棧中是否有4的字面值,如果沒有,重新開闢地 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。
另一種是包裝類資料,如Integer, String, Double等將相應的基本資料型別包裝起來的類。這些類資料全部存在於堆中,Java用new()語句來顯示地告訴編譯器,在執行時才根據需要動態創 建,因此比較靈活,但缺點是要佔用更多的時間。 4. String是一個特殊的包裝類資料。即可以用String str = new String("abc");的形式來建立,也可以用String str = "abc";的形式來建立(作為對比,在JDK 5.0之前,你從未見過Integer i = 3;的表示式,因為類與字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,這種表示式是可以的!因為編譯器在後臺進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。前者是規範的類的建立過程,即在Java中,一切都是物件,而物件是類的例項,全部通過new()的形式來建立。Java 中的有些類,如DateFormat類,可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新建立的類,似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單 例模式來返回類的例項,只不過這個例項是在該類內部通過new()來建立的,而getInstance()向外部隱藏了此細節。那為什麼在String str = "abc";中,並沒有通過new()來建立例項,是不是違反了上述原則?其實沒有。
5. 關於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類的物件引用變數:String str;
(2)在棧中查詢有沒有存放值為"abc"的地址,如果沒有,則開闢一個存放字面值為"abc"的地址,接著建立一個新的String類的物件o,並 將o的字串值指向這個地址,而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的物件o。如果已經有了值為"abc"的地址,則查詢物件o,並返回o的地址。
(3)將str指向物件o的地址。
值得注意的是,一般String類中字串值都是直接存值的。但像String str = "abc";這種場合下,其字串值卻是儲存了一個指向存在棧中資料的引用!
為了更好地說明這個問題,我們可以通過以下的幾個程式碼進行驗證。
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
注意,我們這裡並不用str1.equals(str2);的方式,因為這將比較兩個字串的值是否相等。==號,根據JDK的說明,只有在兩個引用都指向了同一個物件時才返回真值。而我們在這裡要看的是,str1與str2是否都指向了同一個物件。
結果說明,JVM建立了兩個引用str1和str2,但只建立了一個物件,而且兩個引用都指向了這個物件。
我們再來更進一步,將以上程式碼改成:
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物件引用的變化,str1指向了另外一個新物件!而str2仍舊指向原來的物件。上例中,當我們將str1的值改為"bcd"時,JVM發現在棧中沒有存放該值的地址,便開闢了這個地址,並建立了一個新的物件,其字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在執行時根據新值悄悄建立了一個新物件,然 後將這個物件的地址返回給原來類的引用。這個建立過程雖說是完全自動進行的,但它畢竟佔用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中,會帶有一定的不良 影響。
再修改原來程式碼:
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這個物件的引用直接指向str1所指向的物件(注意,str3並沒有建立新物件)。當str1改完其值後,再建立一個String的引用 str4,並指向因str1修改值而建立的新的物件。可以發現,這回str4也沒有建立新的物件,從而再次實現棧中資料的共享。
我們再接著看以下的程式碼。
String str1 = new String("abc");
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //false
建立了兩個引用。建立了兩個物件。兩個引用分別指向不同的兩個物件。
String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1==str2); //false
建立了兩個引用。建立了兩個物件。兩個引用分別指向不同的兩個物件。
以上兩段程式碼說明,只要是用new()來新建物件的,都會在堆中建立,而且其字串是單獨存值的,即使與棧中的資料相同,也不會與棧中的資料共享。
6. 資料型別包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改,所有的資料型別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,我們建立了String類的物件str。擔心陷阱!物件可能並沒有被建立!唯一可以肯定的是,指向 String類的引用被建立了。至於這個引用到底是否指向了一個新的物件,必須根據上下文來考慮,除非你通過new()方法來顯要地建立一個新的物件。因 此,更為準確的說法是,我們建立了一個指向String類的物件的引用變數str,這個物件引用變數指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認 識到這一點對排除程式中難以發現的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式的執行速度,因為JVM會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新物件。而對於String str = new String("abc");的程式碼,則一概在堆中建立新物件,而不管其字串值是否相等,是否有必要建立新物件,從而加重了程式的負擔。這個思想應該是 享元模式的思想,但JDK的內部在這裡實現是否應用了這個模式,不得而知。
(3)當比較包裝類裡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物件時,用==。
(4)由於String類的immutable性質,當String變數需要經常變換其值時,應該考慮使用StringBuffer類,以提高程式效率。
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棧(stack):是一個先進後出的資料結構,通常用於儲存方法(函式)中的引數,區域性變數.
在java中,所有基本型別和引用型別都在棧中儲存.棧中資料的生存空間一般在當前scopes內(就是由{...}括起來的區域).
堆(heap):是一個可動態申請的記憶體空間(其記錄空閒記憶體空間的連結串列由作業系統維護),C中的malloc語句所產生的記憶體空間就在堆中.
在java中,所有使用new xxx()構造出來的物件都在堆中儲存,當垃圾回收器檢測到某物件未被引用,則自動銷燬該物件.所以,理論上說java中物件的生存空間是沒有限制的,只要有引用型別指向它,則它就可以在任意地方被使用.
在JAVA中,有六個不同的地方可以儲存資料:
1. 暫存器(register)。這是最快的儲存區,因為它位於不同於其他儲存區的地方——處理器內部。但是暫存器的數量極其有限,所以暫存器由編譯器根據需求進行分配。你不能直接控制,也不能在程式中感覺到暫存器存在的任何跡象。
2. 堆疊(stack)。位於通用RAM中,但通過它的“堆疊指標”可以從處理器哪裡獲得支援。堆疊指標若向下移動,則分配新的記憶體;若向上移動,則釋放那些 記憶體。這是一種快速有效的分配儲存方法,僅次於暫存器。建立程式時候,JAVA編譯器必須知道儲存在堆疊內所有資料的確切大小和生命週期,因為它必須生成 相應的程式碼,以便上下移動堆疊指標。這一約束限制了程式的靈活性,所以雖然某些JAVA資料儲存在堆疊中——特別是物件引用,但是JAVA物件不儲存其 中。
3. 堆(heap)。一種通用性的記憶體池(也存在於RAM中),用於存放所以的JAVA物件。堆不同於堆疊的好處是:編譯器不需要知道要從堆裡分配多少儲存區 域,也不必知道儲存的資料在堆裡存活多長時間。因此,在堆裡分配儲存有很大的靈活性。當你需要建立一個物件的時候,只需要new寫一行簡單的程式碼,當執行 這行程式碼時,會自動在堆裡進行儲存分配。當然,為這種靈活性必須要付出相應的程式碼。用堆進行儲存分配比用堆疊進行儲存儲存需要更多的時間。
4. 靜態儲存(static storage)。這裡的“靜態”是指“在固定的位置”。靜態儲存裡存放程式執行時一直存在的資料。你可用關鍵字static來標識一個物件的特定元素是靜態的,但JAVA物件本身從來不會存放在靜態儲存空間裡。
5. 常量儲存(constant storage)。常量值通常直接存放在程式程式碼內部,這樣做是安全的,因為它們永遠不會被改變。有時,在嵌入式系統中,常量本身會和其他部分分割離開,所以在這種情況下,可以選擇將其放在ROM中
6. 非RAM儲存。如果資料完全存活於程式之外,那麼它可以不受程式的任何控制,在程式沒有執行時也可以存在。
就速度來說,有如下關係:
暫存器 < 堆疊 < 堆 < 其他
『上面這段話摘取之《Thinking in Java》』
在這裡,主要要說下堆與堆疊的關係:
堆:堆是heap,是所謂的動態記憶體,其中的記憶體在不需要時可以回收,以分配給新的記憶體請求,其記憶體中的資料是無序的,即先分配的和隨後分配的記憶體並沒有什麼必然的位置關係,釋放時也可以沒有先後順序。一般由使用者自由分配,malloc分配的就是堆,需要手動釋放。
堆疊:就是STACK。實際上是隻有一個出入口的佇列,即後進先出(First In Last Out),先分配的記憶體必定後釋放。一般由,由系統自動分配,存放存放函式的引數值,區域性變數等,自動清除。
還有,堆是全域性的,堆疊是每個函式進入的時候分一小塊,函式返回的時候就釋放了,靜態和全域性變數,new 得到的變數,都放在堆中,區域性變數放在堆疊中,所以函式返回,區域性變數就全沒了。
其實在實際應用中,堆疊多用來儲存方法的呼叫。而對則用於物件的儲存。
JAVA中的基本型別,其實需要特殊對待。因為,在JAVA中,通過new建立的物件儲存在“堆”中,所以用new 建立一個小的、簡單的變數,如基本型別等,往往不是很有效。因此,在JAVA中,對於這些型別,採用了與C、C++相同的方法。也就是說,不用new 來建立,而是建立一個並非是“引用”的“自動”變數。這個變數擁有它的“值”,並置於堆疊中,因此更高效。
因為基礎差,所以面對的問題都很低階
問題的引入:
問題一:
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
問題二:
String str1 =new String ("abc");
String str2 =new String ("abc");
System.out.println(str1==str2); // false
問題三:
String s1 = "ja";
String s2 = "va";
String s3 = "java";
String s4 = s1 + s2;
System.out.println(s3 == s4);//false
System.out.println(s3.equals(s4));//true
由於以上問題讓我含糊不清,於是特地蒐集了一些有關java記憶體分配的資料,以下是網摘:
Java 中的堆和棧
Java把記憶體劃分成兩種:一種是棧記憶體,一種是堆記憶體。
在函式中定義的一些基本型別的變數和物件的引用變數都在函式的棧記憶體中分配。
當在一段程式碼塊定義一個變數時,Java就在棧中為這個變數分配記憶體空間,當超過變數的作用域後,Java會自動釋放掉為該變數所分配的記憶體空間,該記憶體空間可以立即被另作他用。
堆記憶體用來存放由new建立的物件和陣列。
在堆中分配的記憶體,由Java虛擬機器的自動垃圾回收器來管理。
在堆中產生了一個數組或物件後,還可以在棧中定義一個特殊的變數,讓棧中這個變數的取值等於陣列或物件在堆記憶體中的首地址,棧中的這個變數就成了陣列或物件的引用變數。
引用變數就相當於是為陣列或物件起的一個名稱,以後就可以在程式中使用棧中的引用變數來訪問堆中的陣列或物件。
具體的說:
棧與堆都是Java用來在Ram中存放資料的地方。與C++不同,Java自動管理棧和堆,程式設計師不能直接地設定棧或堆。
Java的堆是一個執行時資料區,類的(物件從中分配空間。這些物件通過new、newarray、anewarray和multianewarray等 指令建立,它們不需要程式程式碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負責的,堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小,生存期也不必事先告訴編譯器,因為它是在執行時 動態分配記憶體的,Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的資料。但缺點是,由於要在執行時動態分配記憶體,存取速度較慢。
棧的優勢是,存取速度比堆要快,僅次於暫存器,棧資料可以共享。但缺點是,存在棧中的資料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 型的變數(,int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和物件控制代碼。
棧有一個很重要的特殊性,就是存在棧中的資料可以共享。假設我們同時定義:
int a = 3;
int b = 3;
編譯器先處理int a = 3;首先它會在棧中建立一個變數為a的引用,然後查詢棧中是否有3這個值,如果沒找到,就將3存放進來,然後將a指向3。接著處理int b = 3;在建立完b的引用變數後,因為在棧中已經有3這個值,便將b直接指向3。這樣,就出現了a與b同時均指向3的情況。這時,如果再令a=4;那麼編譯器 會重新搜尋棧中是否有4值,如果沒有,則將4存放進來,並令a指向4;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。要注意這 種資料的共享與兩個物件的引用同時指向一個物件的這種共享是不同的,因為這種情況a的修改並不會影響到b, 它是由編譯器完成的,它有利於節省空間。而一個物件引用變數修改了這個物件的內部狀態,會影響到另一個物件引用變數。
String是一個特殊的包裝類資料。可以用:
String str = new String("abc");
String str = "abc";
兩種的形式來建立,第一種是用new()來新建物件的,它會在存放於堆中。每呼叫一次就會建立一個新的物件。
而第二種是先在棧中建立一個對String類的物件引用變數str,然後查詢棧中有沒有存放"abc",如果沒有,則將"abc"存放進棧,並令str指向”abc”,如果已經有”abc” 則直接令str指向“abc”。
比較類裡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物件時,用==,下面用例子說明上面的理論。
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
可以看出str1和str2是指向同一個物件的。
String str1 =new String ("abc");
String str2 =new String ("abc");
System.out.println(str1==str2); // false
用new的方式是生成不同的物件。每一次生成一個。
因此用第二種方式建立多個”abc”字串,在記憶體中其實只存在一個物件而已. 這種寫法有利與節省記憶體空間. 同時它可以在一定程度上提高程式的執行速度,因為JVM會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新物件。而對於String str = new String("abc");的程式碼,則一概在堆中建立新物件,而不管其字串值是否相等,是否有必要建立新物件,從而加重了程式的負擔。
另一方面, 要注意: 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,建立了String類的物件str。擔心陷阱!物件可能並沒有被建立!而可能只是指向一個先前已經建立的 物件。只有通過new()方法才能保證每次都建立一個新的物件。由於String類的immutable性質,當String變數需要經常變換其值時,應 該考慮使用StringBuffer類,以提高程式效率。