Java各种数据在内存中的存储（九）

Java的内存管理实际上就是变量和对象的管理，其中包括对象的分配和释放。

基本数据类型

Java的基本数据类型共有8种，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并没有string的基本类型)。
这种类型的定义是通过诸如int a = 3； long b = 255L；的形式来定义的，称为自动变量。
如int a = 3；这里的a是一个指向int类型的引用，指向3这个字面值。这些字面值的数据，由于大小可知，生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面，程序块退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于栈中。

举例：

int a = 3； int b=3；

编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3；在创建完b这个引用变量后，由于在栈中已经有3这个字面值，便将b直接指向3的地址。这样，就出现了a与b同时均指向3的情况。

上文提到了”引用+数值+内存地址”这三个名词,其中变量名就是引用，给变量赋的值就是数值，而所提到的内存是抽象的内容，让引用指向的不是数值，而是存取数值的那块内存地址。

定义完a与b的值后，再令a = 4；那么，b不会等于4，还是等于3。在编译器内部，遇到时，它就会重新搜索栈中是否有4的字面值，如果没有，重新开辟地址存放4的值；如果已经有了，则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。

定义变量，给变量赋值，然后在编译的过程中就可以将其保存在内存中了。

对于成员变量和局部变量：成员变量就是方法外部，类的内部定义的变量；局部变量就是方法或语句块内部定义的变量。局部变量必须初始化。

形式参数是局部变量，局部变量的数据存在于栈内存中。栈内存中的局部变量随着方法的消失而消失。

成员变量存储在堆中的对象里面，由垃圾回收器负责回收。

对象的内存模型

在Java中，创建一个对象包括对象的声明和实例化两步。

class Rectangle{　　double width,height；　　　　Rectangle(double w,double h){　　width=w；height=h； 　　} }

声明对象时的内存模型

用Rectangle rect；声明一个对象rect时，将在栈内存为对象的引用变量rect分配内存空间，但Rectangle的值为空，称rect是一个空对象。空对象不能使用，因为它还没有引用任何“实体”。

对象实例化时的内存模型

当执行rect=new Rectangle(3,5)；时，会做两件事：

• 在堆内存中为类的成员变量width,height分配内存，并将其初始化为各数据类型的默认值；接着进行显式初始化（类定义时的初始化值）；最后调用构造方法，为成员变量赋值。
• 返回堆内存中对象的引用（相当于首地址）给引用变量rect,以后就可以通过rect来引用堆内存中的对象了。

一个类通过使用new运算符可以创建多个不同的对象实例，这些对象实例将在堆中被分配不同的内存空间，改变其中一个对象的状态不会影响其他对象的状态。

而如下情况：

Rectangle r1=new Rectangle(3,5)；Rectangle r2=r1；

则在堆内存中只创建了一个对象实例，在栈内存中创建了两个对象引用，两个对象引用同时指向一个对象实例。

包装类数据的存储

基本型别都有对应的包装类：如int对应Integer类等，基本类型的定义都是直接在栈中，如果用包装类来创建对象，就和普通对象一样了。

例如：int i=0；i直接存储在栈中。 Integer i（i此时是对象） = new Integer(5)；这样，i对象数据存储在堆中，i的引用存储在栈中，通过栈中的引用来操作对象。

数据存储在堆中，引用存储在栈中。

String类型数据的存储

String是一个特殊的包装类数据。

String str = new String("abc")；//此时就存在了两个对象：一个在堆中；一个在字符串池中。String str = "abc"；

第一种创建方式，和普通对象的的创建过程一样；
第二种创建方式，Java内部将此语句转化为以下几个步骤：
(1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量：String str；
(2)在栈中查找有没有存放值为“abc”的地址，如果没有，则开辟一个存放字面值为“abc”的地址，接着创建一个新的String类的对象o，并将o的字符串值指向这个地址，而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。如果已经有了值为“abc”的地址，则查找对象o，并返回o的地址。
(3)将str指向对象o的地址。

一般String类中字符串值都是直接存值的。但像String str = “abc”；这种场合下，其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用。

String str1=“abc”；String str2=“abc”；System.out.println(s1==s2)；//trueString str1=new String(“abc”)；String str2=“abc”；System.out.println(str1==str2)；//false

以上两段代码说明，只要是用new()来新建对象的，都会在堆中创建，而且其字符串是单独存值的，即使与栈中的数据相同，也不会与栈中的数据共享。

数组的内存分配

当定义一个数组，int x[]；或int []x；时，在栈内存中创建一个数组引用，通过该引用（即数组名）来引用数组。x=new int[3]；将在堆内存中分配3个保存int型数据的空间，堆内存的首地址放到栈内存中，每个数组元素被初始化为0。

内存分配举例

预备知识

1.一个Java文件，只要有main入口方法，我们就认为这是一个Java程序，可以单独编译运行。

2.无论是普通类型的变量还是引用类型的变量(俗称实例)，都可以作为局部变量，他们都可以出现在栈中。只不过普通类型的变量在栈中直接保存它所对应的值，而引用类型的变量保存的是一个指向堆区的指针，通过这个指针，就可以找到这个实例在堆区对应的对象。因此，普通类型变量只在栈区占用一块内存，而引用类型变量要在栈区和堆区各占一块内存。

示例1

1.JVM自动寻找main方法，执行第一句代码，创建一个Test类的实例，在栈中分配一块内存，存放一个指向堆区对象的引用变量（指针110925），java中的引用变量就是C语言中指针的一个包装，所以引用变量中存放的还是堆内存中对象的地址。

2.创建一个int型的变量date，由于是基本类型，直接在栈中存放date对应的值9。

3.创建两个BirthDate类的实例d1、d2，在栈中分别存放了对应的指针指向各自的对象。他们在实例化时调用了有参数的构造方法，因此对象中有自定义初始值。

调用test对象的change1方法，并且以date为参数。JVM读到这段代码时，检测到i是局部变量，因此会把i放在栈中，并且把date的值赋给i。

把1234赋给i。很简单的一步。

change1方法执行完毕，立即释放局部变量i所占用的栈空间。

调用test对象的change2方法，以实例d1为参数。JVM检测到change2方法中的b参数为局部变量，立即加入到栈中，由于是引用类型的变量，所以b中保存的是d1中的指针，此时b和d1指向同一个堆中的对象。在b和d1之间传递是指针。

change2方法中又实例化了一个BirthDate对象，并且赋给b。在内部执行过程是：在堆区new了一个对象，并且把该对象的指针保存在栈中的b对应空间，此时实例b不再指向实例d1所指向的对象，但是实例d1所指向的对象并无变化，这样无法对d1造成任何影响。

change2方法执行完毕，立即释放局部引用变量b所占的栈空间，注意只是释放了栈空间，堆空间要等待自动回收。

调用test实例的change3方法，以实例d2为参数。同理，JVM会在栈中为局部引用变量b分配空间，并且把d2中的指针存放在b中，此时d2和b指向同一个对象。再调用实例b的setDay方法，其实就是调用d2指向的对象的setDay方法。

调用实例b的setDay方法会影响d2，因为二者指向的是同一个对象。

change3方法执行完毕，立即释放局部引用变量b。

以上就是Java程序运行时内存分配的大致情况。就是两种类型的变量：基本类型和引用类型。二者作为局部变量，都放在栈中，基本类型直接在栈中保存值，引用类型只保存一个指向堆区的指针，真正的对象在堆里。作为参数时基本类型就直接传值，引用类型传指针（在java中只有值传递没有地址传递但是引用变量中存放的是堆中对象的地址，所以也可以理解为地址传递）。

小结

1.分清什么是对象引用变量、什么是对象。Class a= new Class();此时a叫对象引用变量，而不能说a是对象。引用变量在栈中，对象在堆中，操作引用变量实际上是通过引用间接操作对象。多个引用变量可以引用到同一个对象。

2.栈中的数据和堆中的数据销毁并不是同步的。方法一旦结束，栈中的局部变量立即销毁，但是堆中对象不一定销毁。因为可能有其他变量也指向了这个对象，直到栈中没有变量指向堆中的对象时，它才销毁，而且还不是马上销毁，要等垃圾回收扫描时才可以被销毁。

3.每个方法执行的时候都会建立自己的栈区，在方法中定义的局部变量（参数，方法中定义的变量）都在栈区中存放当方法结束时这些局部变量也就结束了，但是堆内存中的对象不会随着方法的结束而销毁而是判断还有没有引用变量引用到这个对象如果有的话就是说这个对象可达所以不会轻易的被GC回收，如果这个对象没有被引用如果这时垃圾回收系统开始回收但发现这个对象没有引用的话就会调用finalize（）方法来判断这个对象是否可以再次可达如果可以的不会回收但是不过不可达的话可能会被回收（不是一定会被回收这里是不一定会回收因为这里还有对象的引用类型如：强引用，软引用（softReference来实现），弱引用（WeakReference来实现）等因素有关，还要考虑其他的因素不在这里一一说明）如果可达的话还是不会回收的。

4.以上的栈、堆、代码段、数据段等等都是相对于应用程序而言的。每一个应用程序都对应唯一的一个JVM实例，每一个JVM实例都有自己的内存区域，互不影响，调用JVM也就是激活一个进程。并且这些内存区域是所有线程共享的。这里提到的栈和堆都是整体上的概念，这些堆栈还可以细分。

• 集群环境可能是多个jvm
• 一个java进程就是一个jvm，main方法启动的，同一个tomcat的多个web应用都在一个jvm里
• jvm包含tomcat运行环境，tomcat加载了应用上下文，应用上下文加载spring运行环境
• 一个tomcat的各个项目之间是独立的上下文环境，如果通过http访问，也相当于跨jvm，不是引用调用

5.类中定义的实例成员变量在不同对象中各不相同，都有自己的存储空间(成员变量在堆中的对象中)。而类中定义的方法却是该类的所有对象共享的，只有一套，对象使用方法的时候方法才被压入栈，方法不使用则不占用内存。

局部变量和成员变量主要是他们作用域的区别
成员变量个是类内部；局部变量是定义其的方法体内部（或者方法体内部的某一程序块内——大括号，主要看定义的位置）。

另外，成员变量可以不显式初始化，它们可以由系统设定默认值；局部变量没有默认值，所以必须设定初始赋值。

还有，在内存中的位置也不一样。成员变量在所在类被实例化后，存在堆内存中；局部变量在所在方法调用时，存在栈内存空间中。

以上分析只涉及了栈和堆，还有一个非常重要的内存区域：接下来结合一些例子说明常量池的特性。

预备知识

基本类型和基本类型的包装类。基本类型有：byte、short、char、int、long、boolean。基本类型的包装类分别是：Byte、Short、Character、Integer、Long、Boolean。注意区分大小写。二者的区别是：基本类型体现在程序中是普通变量，基本类型的包装类是类，体现在程序中是引用变量。因此二者在内存中的存储位置不同：基本类型存储在栈中（成员变量在堆中），而基本类型包装类存储在堆中。上边提到的这些包装类都实现了常量池技术，而两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外，String类型也实现了常量池技术。

示例2

1.  public class test {  2.      public static void main(String[] args) {      3.          objPoolTest();  4.      }  5.    6.      public static void objPoolTest() {  7.          int i = 40;  8.          int i0 = 40;  9.          Integer i1 = 40;  10.         Integer i2 = 40;  11.         Integer i3 = 0;  12.         Integer i4 = new Integer(40);  13.         Integer i5 = new Integer(40);  14.         Integer i6 = new Integer(0);  15.         Double d1=1.0;  16.         Double d2=1.0;  17.        //在java中对于引用变量来说“==”就是判断这两个引用变量所引用的是不是同一个对象18.         System.out.println("i==i0\t" + (i == i0));  19.         System.out.println("i1==i2\t" + (i1 == i2));  20.         System.out.println("i1==i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));  21.         System.out.println("i4==i5\t" + (i4 == i5));  22.         System.out.println("i4==i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));      23.         System.out.println("d1==d2\t" + (d1==d2));   24.           25.         System.out.println();          26.     }  27. }  

结果如下:

1.  i==i0    true  2.  i1==i2   true  3.  i1==i2+i3        true  4.  i4==i5   false  5.  i4==i5+i6        true  6.  d1==d2   false  

结果分析：

1.i和i0均是普通类型(int)的变量，所以数据直接存储在栈中，而栈有一个很重要的特性：栈中的数据可以共享。当我们定义了int i = 40;，再定义int i0 = 40;这时候会自动检查栈中是否有40这个数据，如果有，i0会直接指向i的40，不会再添加一个新的40。

2.i1和i2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。由于Integer包装类实现了常量池技术，因此i1、i2的40均是从常量池中获取的，均指向同一个地址，因此i1==12。

3.很明显这是一个加法运算，Java的数学运算都是在栈中进行的，Java会自动对i1、i2进行拆箱操作转化成整型，因此i1在数值上等于i2+i3。

4.i4和i5均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。但是由于他们各自都是new出来的，因此不再从常量池寻找数据，而是从堆中各自new一个对象，然后各自保存指向对象的指针，所以i4和i5不相等，因为他们所存地址不同，所引用到的对象不同。

5.这也是一个加法运算，和3同理。

6.d1和d2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Double是包装类。但Double包装类没有实现常量池技术，因此Doubled1=1.0;相当于Double d1=new Double(1.0);，是从堆new一个对象，d2同理。因此d1和d2存放的指针不同，指向的对象不同，所以不相等。

小结

1.以上提到的几种基本类型包装类均实现了常量池技术，但他们维护的常量仅仅是【-128至127】这个范围内的常量，如果常量值超过这个范围，就会从堆中创建对象，不再从常量池中取。比如，把上边例子改成Integer i1 = 400; Integer i2 = 400;，很明显超过了127，无法从常量池获取常量，就要从堆中new新的Integer对象，这时i1和i2就不相等了。

2.String类型也实现了常量池技术，但是稍微有点不同。String型是先检测常量池中有没有对应字符串，如果有，则取出来；如果没有，则把当前的添加进去。