Java中堆與棧的內存分配

摘要:堆與棧是Jave用來在內存中存放數據的地方，不能直接設置堆和棧，由Java自動管理。本文對堆內存與棧內存的分配進行了闡述。

關鍵詞:Java;堆內存:棧內存:分配

中圖分類號:TP312

文獻標識碼:A

文章編號:1002-2422(2010)06-0123-02

1 棧內存與堆內存概述

在函數中定義的基本類型的變量和對象的引用變量都是在函數的棧內存中分配，當在一段代碼中定義一個變量時，Java就在棧中為這個變量分配內存空間，當超過變量的作用域后，Java會自動釋放掉為該變量分配的內存空間，該內存空間可以立即被另作它用。

堆內存用來存放由new創建的對象和數組，在堆中分配的內存，由Java虛擬機的自動垃圾回收器來管理。在堆中產生一個數組或者對象之后，還可以在棧中定義一個特殊的變量，讓棧中的這個變量的取值等于數組或對象在堆內存中的首地址，棧中的這個變量就成了數組或對象的引用變量，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來訪問堆中的數組或者對象，引用變相當于是為數組或者對象起的一個名稱。引用變量是普通的變量，定義時在棧中分配，引用變量在程序運行到其作用域之外后被釋放。而數組和對象本身在堆中分配，即使程序運行到使用new產生數組或者對象的語句所在的代碼塊之外，數組和對象本身占據的內存不會被釋放，數組和對象在沒有引用變量指向它的時候，才變為垃圾，不能在被使用，但仍然占據內存空間不放，在隨后的一個不確定的時間被垃圾回收器釋放掉。

2 Java中內存分配策略

程序運行時，內存的分配有三種策略，分別是靜態的、棧式的和堆式的。

靜態存儲分配是指在編譯時就能確定每個數據目標在運行時刻的存儲空間需求，因而在編譯時就可以給其分配固定的內存空間。這種分配策略要求程序代碼中不允許有可變數據結構的存在，也不允許有嵌套或者遞歸的結構出現，因為會導致編譯程序無法計算準確的存儲空間需求。

棧式存儲分配也稱為動態存儲分配，是由一個類似于堆棧的運行棧來實現的，和靜態存儲分配相反。在棧式存儲方案中，程序對數據區的需求在編譯時是完全未知的，只有到運行的時候才能夠知道。但是規定在運行中進入一個程序模塊時，必須知道程序模塊所需的數據區大小才能夠為其分配內存。棧式存儲分配按照先進后出的原則進行分配。

堆式存儲分配專門負責在編譯時或運行時模塊入口處都無法確定存儲要求的數據結構的內存分配，比如可變長度串和對象實例。堆由大片的可利用塊或空閑塊組成，堆中的內存可以按照任意順序分配和釋放。而靜態存儲分配要求在編譯時能知道所有變量的存儲要求，棧式存儲分配要求在過程的入口處必須知道所有的存儲要求。

3 堆和棧的比較

從堆和棧的功能和作用來看，堆主要用來存放對象的，棧主要是用來執行程序的。在程序設計中，所有的方法調用都是通過棧進行的，所有的局部變量，形式參數都是從棧中分配內存空間的。退出函數的時候，修改棧指針就可以把棧中的內容銷毀。該模式速度最快，而且在編譯的時候就已經為一個即將要調用的程序模塊設置好數據區的大小，運行時再分配下去。

堆是應用程序在運行的時候請求操作系統分配給自己內存，由于是操作系統管理的內存分配，所以在分配和銷毀時都要占用時間，因此用堆的效率非常低。但是堆的優點在于，編譯器不必知道要從堆里分配多少存儲空間，也不必知道存儲的數據要在堆里停留多長時間。因此，用堆保存數據時會得到更大的靈活性。在面向對象的多態性中，堆內存分配是必不可少的，因為多態變量所需的存儲空間只有在運行時創建了對象之后才能確定。

4 JVM中的堆和棧

JVM是基于堆棧的虛擬機，JVM為每個新創建的線程都分配一個堆棧，即對于一個Java程序來說，它的運行是通過對堆棧的操作來完成的。堆棧以幀為單位保存線程的狀態，JVM對堆棧只進行兩種操作:以幀為單位的壓棧和出棧操作。

某個線程正在執行的方法稱為此線程的當前方法。當前方法使用的幀稱為當前幀。當線程激活一個Java方法，JVM就會在線程的Java堆棧里新壓入一個幀，成為當前幀。在此方法執行期間，這個幀將用來保存參數，局部變量，中間計算過程和其他數據。

每一個Java應用都唯一對應一個JVM實例，每一個實例唯一對應一個堆。應用程序在運行中所創建的所有類實例或數組都放在這個堆中，并由應用所有的線程共享。跟C++不同，Java中分配堆內存是自動初始化的。Java中所有對象的存儲空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配，即在建立一個對象時從兩個地方都分配內存，在堆中分配的內存實際建立該對象，而在堆棧中分配的內存只是一個指向這堆對象的指針。

棧不同于堆的特殊性是存在棧中的數據可以共享。假設同時定義:

int a=3:

int b=3:

編譯器先處理int a=3，首先在棧中創建一個變量為a的引用，然后查找棧中是否有3這個值，如果沒找到，就將3存放進來，然后將a指向3。接著處理im b=3;在創建完b的引用變量后，因為在棧中已經有3這個值，便將b直接指向3。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。這時，如果再令a=4:那么編譯器會重新搜索棧中是否有4值，如果沒有，則將4存放進來，并令a指向4;如果已經有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。該數據的共享與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共享是不同的，因為這種情況a的修改并不會影響到b，其是由編譯器完成的，有利于節省空間。

5 結束語

堆的優勢是可以動態地分配內存大小，其生存期不必事先告知編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。但缺點是，由于要在運行時動態分配內存，存取速度較慢。

棧中主要存放一些基本類型的變量和對蒙句柄。棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧數據可以共享。但缺點是缺乏靈活性，存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的。

參考文獻

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