Java 中的堆栈内存和堆空间介绍-Java快速进阶教程

1. 简介

为了以最佳方式运行应用程序，JVM 将内存分为堆栈内存和堆内存。每当我们声明新的变量和对象，调用新方法，声明字符串或执行类似的操作时，JVM都会从堆栈内存或堆空间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，我们将探讨它们的主要功能。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 中的堆栈内存

Java 中的堆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基元值，以及对堆中方法引用的对象的引用。

对此内存的访问按后进先出 （LIFO） 顺序进行。每当我们调用一个新方法时，都会在堆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，将刷新其相应的堆栈帧，流返回到调用方法，并且空间可用于下一个方法。

2.1. 堆栈内存的主要特性

堆栈内存的其他一些功能包括：

• 它分别随着新方法的调用和返回而增长和收缩。
• 堆栈中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，它会自动分配和取消分配。
• 如果此内存已满，Java 会抛出java.lang.StackOverFlowError。
• 与堆内存相比，访问此内存的速度更快。
• 此内存是线程安全的，因为每个线程都在自己的堆栈中运行。

3. Java 中的堆空间

堆空间用于在运行时动态分配 Java 对象和 JRE 类。新对象始终在堆空间中创建，对这些对象的引用存储在堆栈内存中。

这些对象具有全局访问权限，我们可以从应用程序中的任何位置访问它们。

我们可以将这个内存模型分解为更小的部分，称为世代，它们是：

1. 年轻一代 – 这是所有新对象被分配和老化的地方。当垃圾填满时，会发生次要垃圾回收。
2. 旧一代或终身一代 - 这是存储长期存活的对象的地方。当对象存储在年轻一代中时，将设置对象的年龄阈值，当达到该阈值时，对象将移动到旧一代。
3. 永久生成 – 这包括运行时类和应用程序方法的 JVM 元数据。

3.1. Java 堆内存的主要特性

堆空间的其他一些功能包括：

• 它通过复杂的内存管理技术访问，包括年轻一代、老一代或终身一代以及永久一代。
• 如果堆空间已满，Java 会抛出java.lang.OutOfMemoryError。
• 访问此内存比堆栈内存慢
• 与堆栈相比，此内存不会自动解除分配。它需要垃圾收集器来释放未使用的对象，以保持内存使用的效率。
• 与堆栈不同，堆不是线程安全的，需要通过正确同步代码来保护。

4. 示例

基于我们目前所学到的知识，让我们分析一个简单的 Java 代码来评估如何管理内存：

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);
    }
}Copy

我们来一步一步来分析一下：

1. 当我们输入main（） 方法时，会在堆栈内存中创建一个空间来存储此方法的原语和引用。
   • 堆栈内存直接存储整数 id 的基元值。
   • 类型为 Person的引用变量person也将在堆栈内存中创建，它将指向堆中的实际对象。
2. 从main（）调用参数化构造函数Person（int，String）将在前一个堆栈之上分配更多的内存。这将存储：
   • 堆栈内存中调用对象的this对象引用
   • 堆栈内存中的基元值id
   • 字符串参数名称的引用变量，它将指向堆内存中字符串池中的实际字符串
3. 主要方法是进一步调用buildPerson（）static 方法，为此，进一步的分配将在前一个方法之上的堆栈内存中进行。这将再次以上述方式存储变量。
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。

让我们在下图中看一下这个分配：

5. 总结

在结束本文之前，让我们快速总结一下堆栈内存和堆空间之间的差异：

6. 结论

堆栈和堆是 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。