Java中的栈内存和堆空间

1. 概述

为了以最佳方式运行应用程序，JVM将内存分为栈内存和堆内存。每当我们声明新变量和对象、调用新方法、声明String或执行类似操作时，JVM都会从栈内存或堆空间中为这些操作指定内存。

在本教程中，我们将研究这些内存模型。首先，我们将探索它们的主要功能。然后我们将了解它们如何存储在RAM中，以及在哪里使用它们。最后，我们将讨论它们之间的主要区别。

2. Java中的栈内存

Java中的栈内存用于静态内存分配和线程的执行，它包含特定于方法的原始值和对从堆中的方法引用的对象的引用。

对该内存的访问遵循后进先出(LIFO)顺序，每当我们调用一个新方法时，都会在栈顶部创建一个新块，其中包含特定于该方法的值，例如原始变量和对对象的引用。

当方法完成执行时，其对应的栈帧被刷新，流程返回到调用方法，并为下一个方法提供空间。

2.1 栈内存的主要特性

栈内存的其他一些特性包括：

• 它会随着新方法的调用和返回分别增长和缩小。
• 栈内的变量仅在创建它们的方法运行时存在。
• 当方法完成执行时，它会自动分配和释放。
• 如果此内存已满，Java将抛出java.lang.StackOverFlowError。
• 与堆内存相比，访问此内存的速度很快。
• 该内存是线程安全的，因为每个线程都在自己的栈中运行。

3. Java中的堆空间

堆空间用于Java对象和JRE类在运行时的动态内存分配，新对象总是在堆空间中创建，而对这些对象的引用存储在栈内存中。

这些对象具有全局访问权限，我们可以从应用程序的任何位置访问它们。

我们可以将这个内存模型分解成更小的部分，称为代，它们是：

1. 新生代：这是所有新对象分配和老化的地方，当它填满时，会发生一次minor GC。
2. 老年代：这是存储长期存活对象的地方，当对象存储在新生代时，会设置一个对象的年龄阈值，当达到该阈值时，将对象移至老年代。
3. 永久代：这包括运行时类和应用程序方法的JVM元数据。

这些不同的部分也在JVM、JRE和JDK之间的差异一文中进行了讨论。

我们始终可以根据需要调整堆内存的大小，有关更多信息，请访问本文。

3.1 Java堆内存的主要特性

堆空间的其他一些特性包括：

• 它通过复杂的内存管理技术访问，包括新生代、老年代及永久代。
• 如果堆空间已满，Java将抛出java.lang.OutOfMemoryError。
• 访问此内存比栈内存慢。
• 与栈不同，此内存不会自动释放，它需要垃圾回收器来释放未使用的对象，以保持内存使用的效率。
• 与栈不同，堆不是线程安全的，需要通过正确同步代码来加以保护。

4. 示例

基于我们目前所学的知识，让我们分析一个简单的Java代码来评估内存是如何管理的：

class Person {
    int id;
    String name;

    public Person(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

public class PersonBuilder {
    private static Person buildPerson(int id, String name) {
        return new Person(id, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int id = 23;
        String name = "John";
        Person person = null;
        person = buildPerson(id, name);
    }
}

让我们一步一步地分析一下：

1. 当我们进入main()方法时，会在栈内存中创建一个空间来存储该方法的原始值和引用。

   • 栈内存直接存放整数id的原始值。
   • Person类型的引用变量person也会在栈内存中创建，最初指向null，后来更新为指向堆中的实际对象。

2. main方法进一步调用buildPerson()静态方法，该方法的分配将在前一个内存顶部的栈内存中进行。

3. buildPerson()调用参数化构造函数Person(int, String)，该构造函数将在前一个栈顶部分配更多内存，这将存储：

   • 栈内存中调用对象的this对象引用。
   • 栈内存中的原始值id。
   • String参数name的引用变量，它将指向堆内存中字符串池中的实际字符串。

4. 但是，堆内存将存储新创建的Person类型的对象person的所有实例变量。

我们来看看下图中的分配：

5. 比较

在结束本文之前，让我们快速总结一下栈内存和堆空间之间的区别：

6. 总结

栈和堆是Java分配内存的两种方式，在本文中，我们了解了它们的工作原理，以及何时使用它们来开发更好的Java程序。

要了解有关Java内存管理的更多信息，请在此处查看这篇文章。我们还谈到了JVM垃圾回收器，本文对此进行了简要讨论。