(转)Java里的堆(heap)栈(stack)和方法区(method)（精华帖，多读读）

[color=red][/color]<一>

基础数据类型直接在栈空间分配， 方法的形式参数，直接在栈空间分配，当方法调用完成后从栈空间回收。   引用数据类型，需要用new来创建，既在栈空间分配一个地址空间，又在堆空间分配对象的类变量 。 方法的引用参数，在栈空间分配一个地址空间，并指向堆空间的对象区，当方法调用完成后从栈空间回收。局部变量 new 出来时，在栈空间和堆空间中分配空间，当局部变量生命周期结束后，栈空间立刻被回收，堆空间区域等待GC回收。 方法调用时传入的 literal 参数，先在栈空间分配，在方法调用完成后从栈空间分配。字符串常量在
DATA 区域分配 ，this 在堆空间分配 。数组既在栈空间分配数组名称， 又在堆空间分配数组实际的大小！ 
哦 对了，补充一下static在DATA区域分配。

从Java的这种分配机制来看,堆栈又可以这样理解:堆栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程(在支持多线程的操作系统中是线程)为这个线程建立的存储区域，该区域具有先进后出的特性。 
每一个Java应用都唯一对应一个JVM实例，每一个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中,并由应用所有的线程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用却是在堆栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。

<二>

这两天看了一下深入浅出JVM这本书，推荐给高级的java程序员去看，对你了解JAVA的底层和运行机制有 
比较大的帮助。 
废话不想讲了.入主题： 
先了解具体的概念： 
JAVA的JVM的内存可分为3个区：堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)

堆区: 
1.存储的全部是对象，每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令) 
2.jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身 
栈区: 
1.每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中 
2.每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。 
3.栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。 
方法区: 
1.又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。 
2.方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。 
为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕，我们来准备2个小道具（2个非常简单的小程序）。 
AppMain.java

1. public   class  AppMain                //运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
2. {
3. public   static   void  main(String[] args)  //main 方法本身放入方法区。
4. {
5. Sample test1 = new  Sample( " 测试1 " );   //test1是引用，所以放到栈区里， Sample是自定义对象应该放到堆里面
6. Sample test2 = new  Sample( " 测试2 " );
7. test1.printName();
8. test2.printName();
9. }
10. } Sample.java
11. public   class  Sample        //运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
12. {
13. /** 范例名称 */
14. private  name;      //new Sample实例后， name 引用放入栈区里，  name 对象放入堆里
15. /** 构造方法 */
16. public  Sample(String name)
17. {
18. this .name = name;
19. }
20. /** 输出 */
21. public   void  printName()   //print方法本身放入 方法区里。
22. {
23. System.out.println(name);
24. }
25. }

OK，让我们开始行动吧，出发指令就是：“java AppMain”，包包里带好我们的行动向导图，Let’s GO！

系统收到了我们发出的指令，启动了一个Java虚拟机进程，这个进程首先从classpath中找到AppMain.class文件，读取这个文件中的二进制数据，然后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的加载过程。 
接着，Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码，开始执行它的指令。这个main()方法的第一条语句就是： 
Sample test1=new Sample("测试1"); 
语句很简单啦，就是让java虚拟机创建一个Sample实例，并且呢，使引用变量test1引用这个实例。貌似小case一桩哦，就让我们来跟踪一下Java虚拟机，看看它究竟是怎么来执行这个任务的： 
1、 Java虚拟机一看，不就是建立一个Sample实例吗，简单，于是就直奔方法区而去，先找到Sample类的类型信息再说。结果呢，嘿嘿，没找到@@，这会儿的方法区里还没有Sample类呢。可Java虚拟机也不是一根筋的笨蛋，于是，它发扬“自己动手，丰衣足食”的作风，立马加载了Sample类，把Sample类的类型信息存放在方法区里。 
2、 好啦，资料找到了，下面就开始干活啦。Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Sample实例分配内存, 这个Sample实例持有着指向方法区的Sample类的类型信息的引用。这里所说的引用，实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址，其实，就是有点类似于C语言里的指针啦~~，而这个地址呢，就存放了在Sample实例的数据区里。 
3、 在JAVA虚拟机进程中，每个线程都会拥有一个方法调用栈，用来跟踪线程运行中一系列的方法调用过程，栈中的每一个元素就被称为栈帧，每当线程调用一个方法的时候就会向方法栈压入一个新帧。这里的帧用来存储方法的参数、局部变量和运算过程中的临时数据。OK，原理讲完了，就让我们来继续我们的跟踪行动！位于“=”前的Test1是一个在main()方法中定义的变量，可见，它是一个局部变量，因此，它被会添加到了执行main()方法的主线程的JAVA方法调用栈中。而“=”将把这个test1变量指向堆区中的Sample实例，也就是说，它持有指向Sample实例的引用。 
OK，到这里为止呢，JAVA虚拟机就完成了这个简单语句的执行任务。参考我们的行动向导图，我们终于初步摸清了JAVA虚拟机的一点点底细了，COOL！ 
接下来，JAVA虚拟机将继续执行后续指令，在堆区里继续创建另一个Sample实例，然后依次执行它们的printName()方法。当JAVA虚拟机执行test1.printName()方法时，JAVA虚拟机根据局部变量test1持有的引用，定位到堆区中的Sample实例，再根据Sample实例持有的引用，定位到方法去中Sample类的类型信息，从而获得printName()方法的字节码，接着执行printName()方法包含的指令。

<三>

在windows中使用taskmanager查看java进程使用的内存时，发现有时候会超过 -Xmx制定的内存大小， -Xmx指定的是java heap，java还要分配内存做其他的事情，包括为每个线程建立栈。 
VM的每个线程都有自己的栈空间，栈空间的大小限制vm的线程数量，太大了，实用的线程数减少，太小容易抛出java.lang.StackOverflowError异常。windows默认为1M，linux必须运行ulimit -s 2048。 
在C语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别 
简单的可以理解为： 
heap：是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。 
stack：是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少。 
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、在Java语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别 
    1. 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。 
　　2. 栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。另外，栈数据可以共享，详见第3点。堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。 
　　3. Java中的数据类型有两种。 
　　一种是基本类型(primitive types), 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。值得注意的是，自动变量存的是字面值，不是类的实例，即不是类的引用，这里并没有类的存在。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。 
　　另外，栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义 
　　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的引用变量后，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。 
　　特别注意的是，这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象，如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反，通过字面值的引用来修改其值，不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上例，我们定义完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a=4；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。 
　　另一种是包装类数据，如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据全部存在于堆中，Java用new()语句来显示地告诉编译器，在运行时才根据需要动态创建，因此比较灵活，但缺点是要占用更多的时间。 
4.每个JVM的线程都有自己的私有的栈空间，随线程创建而创建，java的stack存放的是frames ，java的stack和c的不同，只是存放本地变量，返回值和调用方法，不允许直接push和pop frames ，因为frames 可能是有heap分配的，所以j为ava的stack分配的内存不需要是连续的。java的heap是所有线程共享的，堆存放所有 runtime data ，里面是所有的对象实例和数组，heap是JVM启动时创建。 
　　5. String是一个特殊的包装类数据。即可以用String str = new String("abc");的形式来创建，也可以用String str = "abc"；的形式来创建(作为对比，在JDK 5.0之前，你从未见过Integer i = 3;的表达式，因为类与字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，这种表达式是可以的！因为编译器在后台进行Integer i = new Integer(3)的转换)。前者是规范的类的创建过程，即在Java中，一切都是对象，而对象是类的实例，全部通过new()的形式来创建。Java
中的有些类，如DateFormat类，可以通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类，似乎违反了此原则。其实不然。该类运用了单例模式来返回类的实例，只不过这个实例是在该类内部通过new()来创建的，而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为什么在String str = "abc"；中，并没有通过new()来创建实例，是不是违反了上述原则？其实没有。 
　　5. 关于String str = "abc"的内部工作。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。 
　　值得注意的是，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！ 
为了更好地说明这个问题，我们可以通过以下的几个代码进行验证。 
　　String str1 = "abc"; 
　　String str2 = "abc"; 
　　System.out.println(str1==str2);  //true 
　　注意，我们这里并不用str1.equals(str2)；的方式，因为这将比较两个字符串的值是否相等。==号，根据JDK的说明，只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而我们在这里要看的是，str1与str2是否都指向了同一个对象。 
　　结果说明，JVM创建了两个引用str1和str2，但只创建了一个对象，而且两个引用都指向了这个对象。 
　　我们再来更进一步，将以上代码改成： 
　　String str1 = "abc"; 
　　String str2 = "abc"; 
　　str1 = "bcd"; 
　　System.out.println(str1 + "," + str2);  //bcd, abc 
　　System.out.println(str1==str2);  //false 
　　这就是说，赋值的变化导致了类对象引用的变化，str1指向了另外一个新对象！而str2仍旧指向原来的对象。上例中，当我们将str1的值改为"bcd"时，JVM发现在栈中没有存放该值的地址，便开辟了这个地址，并创建了一个新的对象，其字符串的值指向这个地址。 
　　事实上，String类被设计成为不可改变(immutable)的类。如果你要改变其值，可以，但JVM在运行时根据新值悄悄创建了一个新对象，然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是完全自动进行的，但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中，会带有一定的不良影响。 
　　再修改原来代码： 
　　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 这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意，str3并没有创建新对象)。当str1改完其值后，再创建一个String的引用str4，并指向因str1修改值而创建的新的对象。可以发现，这回str4也没有创建新的对象，从而再次实现栈中数据的共享。 
　　我们再接着看以下的代码。 
　　String str1 = new String("abc"); 
　　String str2 = "abc"; 
　　System.out.println(str1==str2);  //false 
　　创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。 
　　String str1 = "abc"; 
　　String str2 = new String("abc"); 
　　System.out.println(str1==str2);  //false 
　　创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。 
　　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。 
　　6. 数据类型包装类的值不可修改。不仅仅是String类的值不可修改，所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。 
　　7. 结论与建议： 
　　(1)我们在使用诸如String str = "abc"；的格式定义类时，总是想当然地认为，我们创建了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被创建！唯一可以肯定的是，指向 String类的引用被创建了。至于这个引用到底是否指向了一个新的对象，必须根据上下文来考虑，除非你通过new()方法来显要地创建一个新的对象。因此，更为准确的说法是，我们创建了一个指向String类的对象的引用变量str，这个对象引用变量指向了某个值为"abc"的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是很有帮助的。 
　　(2)使用String str = "abc"；的方式，可以在一定程度上提高程序的运行速度，因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = new String("abc")；的代码，则一概在堆中创建新对象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要创建新对象，从而加重了程序的负担。这个思想应该是享元模式的思想，但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式，不得而知。 
　　(3)当比较包装类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时，用==。 
　　(4)由于String类的immutable性质，当String变量需要经常变换其值时，应该考虑使用StringBuffer类，以提高程序效率。 
如果java不能成功分配heap的空间，将抛出OutOfMemoryError

补充：

  首先分清楚Stack，Heap的中文翻译：Stack—栈，Heap—堆。

        在中文里，Stack可以翻译为“堆栈”，所以我直接查找了计算机术语里面堆和栈开头的词语：

       堆存储： heapstorage    堆存储分配： heapstorage allocation  堆存储管理： heap storage management

        栈编址： stack addressing   栈变换：stack transformation  栈存储器：stack memory  栈单元： stack cell

 

          接着，总结在Java里面Heap和Stack分别存储数据的不同。

 

	Heap(堆)	Stack(栈)
JVM中的功能	内存数据区	内存指令区
存储数据	对象实例(1)	基本数据类型, 指令代码,常量,对象的引用地址(2)

1. 保存对象实例，实际上是保存对象实例的属性值，属性的类型和对象本身的类型标记等，并不保存对象的方法（方法是指令，保存在stack中）。
   
   对象实例在heap中分配好以后，需要在stack中保存一个4字节的heap内存地址，用来定位该对象实例在heap中的位置，便于找到该对象实例。

 

2. 基本数据类型包括byte、int、char、long、float、double、boolean和short。
    函数方法属于指令.

 

 =======================       

  引用网上广泛流传的“Java堆和栈的区别”里面对堆和栈的介绍；

          "Java 的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。"

        “栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量（,int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和对象句柄。 ”

   

         可见，垃圾回收GC是针对堆Heap的，而栈因为本身是FILO - first in, last out. 先进后出，能够自动释放。 这样就能明白到new创建的，都是放到堆Heap！