Java内存分析（2）——栈和堆的区别（和C语言比较）

内存分配

C/C++的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap）— 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

Java的内存分配：
1，Java的内存分配分成两块，栈和堆。定义与C/C++中类似，不同是Java中栈和堆都有JVM管理。方便但限制灵活性。
2，Java中的堆可分为变量区和方法区，方法区的内涵包含了C/C++中的后面三个区，因为Java是一种面向对象语言，除了基本数据类型的任何数据都应该属于某个类或某个类的实例。（静态变量属于类，私有变量属于实例）。
3，栈数据由编译器管理，堆数据由JVM的垃圾回收机制管理；当变量超过作用域，栈会马上释放，堆会按需求编译器决定释放（程序员控制不了）。

无论C、C++还是Java什么变量以什么形式存储和管理，取决于它的类型。

变量类型可分为：局部变量，类的非静态变量，类静态变量，全局变量，程序二进制码，常量

还是因为Java的面向对象特点，所以Java没有全局变量，或者说全局变量也是静态变量（static）。Java的程序二进制码就是类的（静态）或者类的实例的（非静态）方法的二进制码。常量（如字符串）也是如此。类区实际存储的是静态变量，常量和二进制码。

方法区的变量，为了方便快速调用，都在栈里面存储了它们的引用，即为类的非静态变量。

以此为例

class Student{    class Computer{        String name;    }    String name=null;    String data=null;    static String school="希望小学";    int age;    Computer computer;    Student(String name){        this.name=name;    }    for(int i=0;i<10;i++){        System.out.println(i);    }}Student stu=new Student("小明")；

“小明”——常量——方法区——堆
“希望小学”——常量——方法区——堆

stu.name——类一般变量——堆——指针——存储指向类区中“小明”的地址
stu.data——类一般变量——堆——指针——存储指向类区中data的地址，但data目前为空
stu.age——类一般变量——堆——存储int值0（基本数据类型，默认分配）。
stu.school——类静态变量——堆——指针——指向Student方法区中的“希望小学”字符串
stu.computer——类一般变量——堆——指针——指向变量区中的computer变量的地址
stu.name, stu.data, stu.age, stu.school, stu.computer是连续存放的

stu——局部变量——栈——指针——指向堆中变量区存储的上面几个变量的首地址
i——局部变量——栈——int，基本数据类型

stu.computer.name——类一般变量——堆——指针——存储指向Computer类区中字符串常量name的地址，但name目前为空

可见，
栈存放的是变量引用，因此栈的体积很小；
堆变量区存放的是变量引用和基本数据类型，引用可以不断传递，直到引用到基本数据类型的真正存储位置。
堆方法区存放类的静态变量，二进制码以及类的相关字符串——有的书也称之为常量池。

C/C++情况详解：

这是一个前辈写的，非常详细      //main.cpp      int   a   =   0;   //全局初始化区      char   *p1;   //全局未初始化区      main(){      int   b;   //栈      char   s[]   =   "abc";   //栈      char   *p2;   //栈      char   *p3   =   "123456";   //123456/0在常量区，p3在栈上。      static   int   c   =0；   //全局（静态）初始化区      p1   =   (char   *)malloc(10);      p2   =   (char   *)malloc(20);      //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。      strcpy(p1,   "123456");   //123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"    //优化成一个地方。      }    

操作系统层面的理解（C/C++）

申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时， 会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

申请的大小限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示stackoverflow。因此，能从栈获得的空间较小。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

申请效率的比较：

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆：由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

堆和栈中的存储内容

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可以执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

参考资料：
http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4141043
http://blog.csdn.net/picway/article/details/53933349
http://www.cnblogs.com/perfy/p/3820594.html