Java內(nèi)存分配與管理是Java的核心技術(shù)之一，之前我們曾介紹過Java的內(nèi)存管理與內(nèi)存泄露以及Java垃圾回收方面的知識，今天我們再次深入Java核心，詳細(xì)介紹一下Java在內(nèi)存分配方面的知識。一般Java在內(nèi)存分配時(shí)會涉及到以下區(qū)域：

◆寄存器：我們在程序中無法控制

◆棧：存放基本類型的數(shù)據(jù)和對象的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆中

◆堆：存放用new產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

◆靜態(tài)域：存放在對象中用static定義的靜態(tài)成員

◆常量池：存放常量

◆非RAM存儲：硬盤等永久存儲空間

Java內(nèi)存分配中的棧

在函數(shù)中定義的一些基本類型的變量數(shù)據(jù)和對象的引用變量都在函數(shù)的棧內(nèi)存中分配。
 
當(dāng)在一段代碼塊定義一個(gè)變量時(shí)，Java就在棧中 為這個(gè)變量分配內(nèi)存空間，當(dāng)該變量退出該作用域后，Java會自動(dòng)釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間可以立即被另作他用。

Java內(nèi)存分配中的堆

堆內(nèi)存用來存放由new創(chuàng)建的對象和數(shù)組。 在堆中分配的內(nèi)存，由Java虛擬機(jī)的自動(dòng)垃圾回收器來管理。

在堆中產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)組或?qū)ο蠛螅€可以 在棧中定義一個(gè)特殊的變量，讓棧中這個(gè)變量的取值等于數(shù)組或?qū)ο笤诙褍?nèi)存中的首地址，棧中的這個(gè)變量就成了數(shù)組或?qū)ο蟮囊米兞俊?nbsp; 引用變量就相當(dāng)于是 為數(shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€(gè)名稱，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(shù)組或?qū)ο蟆Ｒ米兞烤拖喈?dāng)于是為數(shù)組或者對象起的一個(gè)名稱。

引用變量是普通的變量，定義時(shí)在棧中分配，引用變量在程序運(yùn)行到其作用域之外后被釋放。而數(shù)組和對象本身在堆中分配，即使程序 運(yùn)行到使用 new 產(chǎn)生數(shù)組或者對象的語句所在的代碼塊之外，數(shù)組和對象本身占據(jù)的內(nèi)存不會被釋放，數(shù)組和對象在沒有引用變量指向它的時(shí)候，才變?yōu)槔?，不能在被使用，但?然占據(jù)內(nèi)存空間不放，在隨后的一個(gè)不確定的時(shí)間被垃圾回收器收走（釋放掉）。這也是 Java 比較占內(nèi)存的原因。

實(shí)際上，棧中的變量指向堆內(nèi)存中的變量，這就是Java中的指針！
 
常量池 (constant pool)

常量池指的是在編譯期被確定，并被保存在已編譯的.class文件中的一些數(shù)據(jù)。除了包含代碼中所定義的各種基本類型（如int、long等等）和對象型（如String及數(shù)組）的常量值(final)還包含一些以文本形式出現(xiàn)的符號引用，比如：

◆類和接口的全限定名；

◆字段的名稱和描述符；

◆方法和名稱和描述符。

虛擬機(jī)必須為每個(gè)被裝載的類型維護(hù)一個(gè)常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個(gè)有序集和，包括直接常量（string,integer和 floating point常量）和對其他類型，字段和方法的符號引用。

對于String常量，它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在內(nèi)存當(dāng)中是以表的形式存在的， 對于String類型，有一張固定長度的CONSTANT_String_info表用來存儲文字字符串值，注意：該表只存儲文字字符串值，不存儲符號引 用。說到這里，對常量池中的字符串值的存儲位置應(yīng)該有一個(gè)比較明了的理解了。
在程序執(zhí)行的時(shí)候,常量池 會儲存在Method Area,而不是堆中。

堆與棧

Java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū),類的(對象從中分配空間。這些對象通過new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負(fù)責(zé)的，堆的優(yōu)勢是可以動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存 大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，Java的垃圾收集器會自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點(diǎn)是，由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài) 分配內(nèi)存，存取速度較慢。

棧的優(yōu)勢是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧數(shù)據(jù)可以共享。但缺點(diǎn)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。棧中主要存放一些基本類型的變量數(shù)據(jù)（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和對象句柄(引用)。

棧有一個(gè)很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時(shí)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(gè)變量為a的引用，然后查找棧中是否有3這個(gè)值，如果沒找到，就將3存放進(jìn)來，然后將a指向3。接著處理int b = 3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，因?yàn)樵跅Ｖ幸呀?jīng)有3這個(gè)值，便將b直接指向3。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。

這時(shí)，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(jìn)來，并令a指向4；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個(gè)地址。因此a值的改變不會影響 到b的值。

要注意這種數(shù)據(jù)的共享與兩個(gè)對象的引用同時(shí)指向一個(gè)對象的這種共享是不同的，因?yàn)檫@種情況a的修改并不會影響到b, 它是由編譯器完成的，它有利于節(jié)省空間。而一個(gè)對象引用變量修改了這個(gè)對象的內(nèi)部狀態(tài)，會影響到另一個(gè)對象引用變量。#p#

String是一個(gè)特殊的包裝類數(shù)據(jù)?？梢杂茫?/p>

String str = new String("abc");   
String str = "abc";  

兩種的形式來創(chuàng)建，第一種是用new()來新建對象的，它會在存放于堆中。每調(diào)用一次就會創(chuàng)建一個(gè)新的對象。而第二種是先在棧中創(chuàng)建一個(gè)對String類的對象引用變量str，然后通過符號引用去字符串常量池 里找有沒有"abc",如果沒有，則將"abc"存放進(jìn)字符串常量池 ，并令str指向”abc”，如果已經(jīng)有”abc” 則直接令str指向“abc”。

比較類里面的數(shù)值是否相等時(shí)，用equals()方法；當(dāng)測試兩個(gè)包裝類的引用是否指向同一個(gè)對象時(shí)，用==，下面用例子說明上面的理論。

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

可以看出str1和str2是指向同一個(gè)對象的。

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

用new的方式是生成不同的對象。每一次生成一個(gè)。

因此用第二種方式創(chuàng)建多個(gè)”abc”字符串,在內(nèi)存中 其實(shí)只存在一個(gè)對象而已. 這種寫法有利與節(jié)省內(nèi)存空間. 同時(shí)它可以在一定程度上提高程序的運(yùn)行速度，因?yàn)镴VM會自動(dòng)根據(jù)棧中數(shù)據(jù)的實(shí)際情況來決定是否有必要?jiǎng)?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?jiǎng)?chuàng)建新對象，從而加重了程序的負(fù)擔(dān)。

另 一方面, 要注意: 我們在使用諸如String str = "abc"；的格式定義類時(shí)，總是想當(dāng)然地認(rèn)為，創(chuàng)建了String類的對象str。擔(dān)心陷阱！對象可能并沒有被創(chuàng)建！而可能只是指向一個(gè)先前已經(jīng)創(chuàng)建的 對象。只有通過new()方法才能保證每次都創(chuàng)建一個(gè)新的對象。
 
由于String類的immutable性質(zhì)，當(dāng)String變量需要經(jīng)常變換 其值時(shí)，應(yīng)該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。
 
1. 首先String不屬于8種基本數(shù)據(jù)類型，String是一個(gè)對象。因?yàn)閷ο蟮哪J(rèn)值是null，所以String的默認(rèn)值也是null；但它又是一種特殊的對象，有其它對象沒有的一些特性。

2. new String()和new String(”")都是申明一個(gè)新的空字符串，是空串不是null；

3. String str=”kvill”；String str=new String (”kvill”)的區(qū)別

示例：

String s0="kvill";   
String s1="kvill";   
String s2="kv" + "ill";   
System.out.println( s0==s1 );   
System.out.println( s0==s2 );  

結(jié)果為：

true
true

首先，我們要知結(jié)果為道Java 會確保一個(gè)字符串常量只有一個(gè)拷貝。

因?yàn)槔又械?s0和s1中的”kvill”都是字符串常量，它們在編譯期就被確定了，所以s0==s1為true；而”kv”和”ill”也都是字符串常量，當(dāng)一個(gè)字 符串由多個(gè)字符串常量連接而成時(shí)，它自己肯定也是字符串常量，所以s2也同樣在編譯期就被解析為一個(gè)字符串常量，所以s2也是常量池中” kvill”的一個(gè)引用。所以我們得出s0==s1==s2；用new String() 創(chuàng)建的字符串不是常量，不能在編譯期就確定，所以new String() 創(chuàng)建的字符串不放入常量池中，它們有自己的地址空間。

示例：

String s0="kvill";   
String s1=new String("kvill");   
String s2="kv" + new String("ill");   
System.out.println( s0==s1 );   
System.out.println( s0==s2 );   
System.out.println( s1==s2 );  

結(jié)果為：

false
false
false

例2中s0還是常量池 中"kvill”的應(yīng)用，s1因?yàn)闊o法在編譯期確定，所以是運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的新對象”kvill”的引用，s2因?yàn)橛泻蟀氩糠?new String(”ill”)所以也無法在編譯期確定，所以也是一個(gè)新創(chuàng)建對象”kvill”的應(yīng)用;明白了這些也就知道為何得出此結(jié)果了。

4. String.intern()：

再補(bǔ)充介紹一點(diǎn)：存在于.class文件中的常量池，在運(yùn)行期被JVM裝載，并且可以擴(kuò)充。String的 intern()方法就是擴(kuò)充常量池的 一個(gè)方法；當(dāng)一個(gè)String實(shí)例str調(diào)用intern()方法時(shí)，Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，則返回其的引用，如果沒有，則在常 量池中增加一個(gè)Unicode等于str的字符串并返回它的引用；看示例就清楚了

示例：

String s0= "kvill";   
String s1=new String("kvill");   
String s2=new String("kvill");   
System.out.println( s0==s1 );   
System.out.println( "**********" );   
s1.intern();   
s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用賦給s2   
System.out.println( s0==s1);   
System.out.println( s0==s1.intern() );   
System.out.println( s0==s2 );  

結(jié)果為：

false
false //雖然執(zhí)行了s1.intern(),但它的返回值沒有賦給s1
true //說明s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用
true

最后我再破除一個(gè)錯(cuò)誤的理解：有人說，“使用 String.intern() 方法則可以將一個(gè) String 類的保存到一個(gè)全局 String 表中 ，如果具有相同值的 Unicode 字符串已經(jīng)在這個(gè)表中，那么該方法返回表中已有字符串的地址，如果在表中沒有相同值的字符串，則將自己的地址注冊到表中”如果我把他說的這個(gè)全局的 String 表理解為常量池的話，他的最后一句話，”如果在表中沒有相同值的字符串，則將自己的地址注冊到表中”是錯(cuò)的：

示例：

String s1=new String("kvill");   
String s2=s1.intern();   
System.out.println( s1==s1.intern() );   
System.out.println( s1+" "+s2 );   
System.out.println( s2==s1.intern() );  

結(jié)果：

false
kvill kvill
true

在這個(gè)類中我們沒有聲名一個(gè)”kvill”常量，所以常量池中一開始是沒有”kvill”的，當(dāng)我們調(diào)用s1.intern()后就在常量池中新添加了一 個(gè)”kvill”常量，原來的不在常量池中的”kvill”仍然存在，也就不是“將自己的地址注冊到常量池中”了。

s1==s1.intern() 為false說明原來的”kvill”仍然存在；s2現(xiàn)在為常量池中”kvill”的地址，所以有s2==s1.intern()為true。

5. 關(guān)于equals()和==:

這個(gè)對于String簡單來說就是比較兩字符串的Unicode序列是否相當(dāng)，如果相等返回true;而==是 比較兩字符串的地址是否相同，也就是是否是同一個(gè)字符串的引用。

6. 關(guān)于String是不可變的

這一說又要說很多，大家只 要知道String的實(shí)例一旦生成就不會再改變了，比如說：String str=”kv”+”ill”+” “+”ans”; 就是有4個(gè)字符串常量，首先”kv”和”ill”生成了”kvill”存在內(nèi)存中，然后”kvill”又和” ” 生成 “kvill “存在內(nèi)存中，最后又和生成了”kvill ans”;并把這個(gè)字符串的地址賦給了str,就是因?yàn)镾tring的”不可變”產(chǎn)生了很多臨時(shí)變量，這也就是為什么建議用StringBuffer的原 因了，因?yàn)镾tringBuffer是可改變的。

下面是一些String相關(guān)的常見問題：

String中的final用法和理解

final StringBuffer a = new StringBuffer("111");
final StringBuffer b = new StringBuffer("222");
a=b;//此句編譯不通過
final StringBuffer a = new StringBuffer("111");
a.append("222");// 編譯通過

可見，final只對引用的"值"(即內(nèi)存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那個(gè)對象，改變它的指向會導(dǎo)致編譯期錯(cuò)誤。至于它所指向的對象 的變化，final是不負(fù)責(zé)的。#p#

String常量池問題的幾個(gè)例子

下面是幾個(gè)常見例子的比較分析和理解：

String a = "a1";   
String b = "a" + 1;   
System.out.println((a == b)); //result = true  
String a = "atrue";   
String b = "a" + "true";   
System.out.println((a == b)); //result = true  
String a = "a3.4";   
String b = "a" + 3.4;   
System.out.println((a == b)); //result = true 

分析：JVM對于字符串常量的"+"號連接，將程序編譯期，JVM就將常量字符串的"+"連接優(yōu)化為連接后的值，拿"a" + 1來說，經(jīng)編譯器優(yōu)化后在class中就已經(jīng)是a1。在編譯期其字符串常量的值就確定下來，故上面程序最終的結(jié)果都為true。

String a = "ab";   
String bb = "b";   
String b = "a" + bb;   
System.out.println((a == b)); //result = false 

分析：JVM對于字符串引用，由于在字符串的"+"連接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序編譯期是無法確定的，即"a" + bb無法被編譯器優(yōu)化，只有在程序運(yùn)行期來動(dòng)態(tài)分配并將連接后的新地址賦給b。所以上面程序的結(jié)果也就為false。

String a = "ab";   
final String bb = "b";   
String b = "a" + bb;   
System.out.println((a == b)); //result = true 

分析：和[3]中唯一不同的是bb字符串加了final修飾，對于final修飾的變量，它在編譯時(shí)被解析為常量值的一個(gè)本地拷貝存儲到自己的常量 池中或嵌入到它的字節(jié)碼流中。所以此時(shí)的"a" + bb和"a" + "b"效果是一樣的。故上面程序的結(jié)果為true。

String a = "ab";   
final String bb = getBB();   
String b = "a" + bb;   
System.out.println((a == b)); //result = false   
private static String getBB() {  
return "b";   
} 

分析：JVM對于字符串引用bb，它的值在編譯期無法確定，只有在程序運(yùn)行期調(diào)用方法后，將方法的返回值和"a"來動(dòng)態(tài)連接并分配地址為b，故上面 程序的結(jié)果為false。

通過上面4個(gè)例子可以得出得知：

String  s  =  "a" + "b" + "c";
 
就等價(jià)于String s = "abc";  

String  a  =  "a";  
String  b  =  "b";  
String  c  =  "c";  
String  s  =   a  +  b  +  c; 

這個(gè)就不一樣了，最終結(jié)果等于： 
 

StringBuffer temp = new StringBuffer();     
temp.append(a).append(b).append(c);     
String s = temp.toString(); 

由上面的分析結(jié)果，可就不難推斷出String 采用連接運(yùn)算符（+）效率低下原因分析，形如這樣的代碼：

public class Test {  
public static void main(String args[]) {  
String s = null;  
for(int i = 0; i < 100; i++) {  
s += "a";  
}  
}  
} 

每做一次 + 就產(chǎn)生個(gè)StringBuilder對象，然后append后就扔掉。下次循環(huán)再到達(dá)時(shí)重新產(chǎn)生個(gè)StringBuilder對象，然后 append 字符串，如此循環(huán)直至結(jié)束。如果我們直接采用 StringBuilder 對象進(jìn)行 append 的話，我們可以節(jié)省 N - 1 次創(chuàng)建和銷毀對象的時(shí)間。所以對于在循環(huán)中要進(jìn)行字符串連接的應(yīng)用，一般都是用StringBuffer或StringBulider對象來進(jìn)行 append操作。

String對象的intern方法理解和分析：

public class Test4 {  
private static String a = "ab";   
public static void main(String[] args){  
String s1 = "a";  
String s2 = "b";  
String s = s1 + s2;  
System.out.println(s == a);//false  
System.out.println(s.intern() == a);//true    
}  
} 

這里用到Java里面是一個(gè)常量池的問題。對于s1+s2操作，其實(shí)是在堆里面重新創(chuàng)建了一個(gè)新的對象,s保存的是這個(gè)新對象在堆空間的的內(nèi)容，所 以s與a的值是不相等的。而當(dāng)調(diào)用s.intern()方法，卻可以返回s在常量池中的地址值，因?yàn)閍的值存儲在常量池中，故s.intern和a的值相等。

總結(jié)

棧中用來存放一些原始數(shù)據(jù)類型的局部變量數(shù)據(jù)和對象的引用(String,數(shù)組.對象等等)但不存放對象內(nèi)容

堆中存放使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對象.

字符串是一個(gè)特殊包裝類,其引用是存放在棧里的,而對象內(nèi)容必須根據(jù)創(chuàng)建方式不同定(常量池和堆).有的是編譯期就已經(jīng)創(chuàng)建好，存放在字符串常 量池中，而有的是運(yùn)行時(shí)才被創(chuàng)建.使用new關(guān)鍵字，存放在堆中。

【編輯推薦】

1. 深入Java底層：內(nèi)存屏障與JVM并發(fā)詳解
2. 20個(gè)開發(fā)人員非常有用的Java功能代碼
3. Java內(nèi)存溢出的詳細(xì)解決方案
4. 深入理解Java多態(tài)性
5. Java虛擬機(jī)內(nèi)部構(gòu)成淺析