JAVA堆棧的區(qū)別

2019-11-17 04:00:44

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1 . 棧(stack)與堆(heap)都是java用來在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C++不同，Java自動管理棧和堆，程序員不能直接地設置棧或堆。

　　2 . 棧的優(yōu)勢是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數(shù)據(jù)可以共享，詳見第 3 點。堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點是，由于要在運行時動態(tài)分配內存，存取速度較慢。

　　3 . Java中的數(shù)據(jù)類型有兩種。

　　一種是基本類型(PRimitive types), 共有8 種，即 int ,  short ,  long ,  byte ,  float ,  double ,  boolean ,  char (注意，并沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如 int  a =  3 ;  long  b = 255L;的形式來定義的，稱為自動變量。值得注意的是，自動變量存的是字面值，不是類的實例，即不是類的引用，這里并沒有類的存在。如 int  a =  3 ; 這里的a是一個指向 int 類型的引用，指向 3 這個字面值。這些字面值的數(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊里面，程序塊退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。

　　另外，棧有一個很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設我們同時定義：

int  a =  3 ;
int  b =  3 ；

　　編譯器先處理int  a =  3 ；首先它會在棧中創(chuàng)建一個變量為a的引用，然后查找有沒有字面值為 3 的地址，沒找到，就開辟一個存放 3 這個字面值的地址，然后將a指向 3 的地址。接著處理 int  b =  3 ；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經有 3 這個字面值，便將b直接指向 3 的地址。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時均指向 3 的情況。

　　特別注意的是，這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態(tài)，那么另一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修改其值，不會導致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a 與b的值后，再令a=4 ；那么，b不會等于 4 ，還是等于 3 。在編譯器內部，遇到a= 4 ；時，它就會重新搜索棧中是否有 4 的字面值，如果沒有，重新開辟地址存放 4 的值；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。

　　另一種是包裝類數(shù)據(jù)，如Integer, String, Double等將相應的基本數(shù)據(jù)類型包裝起來的類。這些類數(shù)據(jù)全部存在于堆中，Java用new ()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據(jù)需要動態(tài)創(chuàng)建，因此比較靈活，但缺點是要占用更多的時間。  4 . String是一個特殊的包裝類數(shù)據(jù)。即可以用String str =  new  String( "abc" );的形式來創(chuàng)建，也可以用String str =  "abc" ；的形式來創(chuàng)建(作為對比，在JDK  5.0 之前，你從未見過Integer i =  3 ;的表達式，因為類與字面值是不能通用的，除了String。而在JDK  5.0 中，這種表達式是可以的！因為編譯器在后臺進行Integer i =  new  Integer( 3 )的轉換)。前者是規(guī)范的類的創(chuàng)建過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的實例，全部通過 new ()的形式來創(chuàng)建。Java中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創(chuàng)建的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內部通過 new ()來創(chuàng)建的，而getInstance()向外部隱藏了此細節(jié)。那為什么在String str =  "abc" ；中，并沒有通過 new ()來創(chuàng)建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。

　　5 . 關于String str =  "abc" 的內部工作。Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟：

　　(1 )先定義一個名為str的對String類的對象引用變量：String str；

　　(2 )在棧中查找有沒有存放值為 "abc" 的地址，如果沒有，則開辟一個存放字面值為 "abc" 的地址，接著創(chuàng)建一個新的String類的對象o，并將o的字符串值指向這個地址，而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。如果已經有了值為 "abc" 的地址，則查找對象o，并返回o的地址。

　　(3 )將str指向對象o的地址。

　　值得注意的是，一般String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc" ；這種場合下，其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數(shù)據(jù)的引用！

　　為了更好地說明這個問題，我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。

String str1 = "abc" ;
String str2 = "abc" ;
System.out.println(str1==str2); //true

　　注意，我們這里并不用str1.equals(str2)；的方式，因為這將比較兩個字符串的值是否相等。==號，根據(jù)JDK的說明，只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。而我們在這里要看的是，str1與str2是否都指向了同一個對象。
結果說明，JVM創(chuàng)建了兩個引用str1和str2，但只創(chuàng)建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。

　　我們再來更進一步，將以上代碼改成：

String str1 = "abc" ;
String str2 = "abc" ;
str1 = "bcd" ;
System.out.println(str1 + ","  + str2);  //bcd, abc
System.out.println(str1==str2); //false

　　這就是說，賦值的變化導致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象！而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當我們將str1的值改為"bcd" 時，JVM發(fā)現(xiàn)在棧中沒有存放該值的地址，便開辟了這個地址，并創(chuàng)建了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。

　　事實上，String類被設計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據(jù)新值悄悄創(chuàng)建了一個新對象，然后將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創(chuàng)建過程雖說是完全自動進行的，但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環(huán)境中，會帶有一定的不良影響。

　　再修改原來代碼：

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這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3并沒有創(chuàng)建新對象)。當str1改完其值后，再創(chuàng)建一個String的引用 str4，并指向因str1修改值而創(chuàng)建的新的對象。可以發(fā)現(xiàn)，這回str4也沒有創(chuàng)建新的對象，從而再次實現(xiàn)棧中數(shù)據(jù)的共享。

　　我們再接著看以下的代碼。

String str1 = new  String( "abc" );
String str2 = "abc" ;
System.out.println(str1==str2); //false

　　創(chuàng)建了兩個引用。創(chuàng)建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

String str1 = "abc" ;
String str2 = new  String( "abc" );
System.out.println(str1==str2); //false

　　創(chuàng)建了兩個引用。創(chuàng)建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

　　以上兩段代碼說明，只要是用new ()來新建對象的，都會在堆中創(chuàng)建，而且其字符串是單獨存值的，即使與棧中的數(shù)據(jù)相同，也不會與棧中的數(shù)據(jù)共享。

　　6 . 數(shù)據(jù)類型包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改，所有的數(shù)據(jù)類型包裝類都不能更改其內部的值。  7 . 結論與建議：

　　(1 )我們在使用諸如String str =  "abc" ；的格式定義類時，總是想當然地認為，我們創(chuàng)建了String類的對象str。擔心陷阱！對象可能并沒有被創(chuàng)建！唯一可以肯定的是，指向String類的引用被創(chuàng)建了。至于這個引用到底是否指向了一個新的對象，必須根據(jù)上下文來考慮，除非你通過 new ()方法來顯要地創(chuàng)建一個新的對象。因此，更為準確的說法是，我們創(chuàng)建了一個指向String類的對象的引用變量str，這個對象引用變量指向了某個值為 "abc" 的String類。清醒地認識到這一點對排除程序中難以發(fā)現(xiàn)的bug是很有幫助的。

　　(2 )使用String str =  "abc" ；的方式，可以在一定程度上提高程序的運行速度，因為JVM會自動根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實際情況來決定是否有必要創(chuàng)建新對象。而對于String str =  new  String( "abc" )；的代碼，則一概在堆中創(chuàng)建新對象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要創(chuàng)建新對象，從而加重了程序的負擔。這個思想應該是享元模式的思想，但JDK的內部在這里實現(xiàn)是否應用了這個模式，不得而知。

　　(3 )當比較包裝類里面的數(shù)值是否相等時，用equals()方法；當測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時，用==。

　　(4 )由于String類的immutable性質，當String變量需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。

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