java程序運行時內存如何分配

一、 基本概念

每運行一個java程序會產生一個java進程，每個java進程可能包含一個或者多個線程，每一個Java進程對應唯一一個JVM實例，每一個JVM實例唯一對應一個堆，每一個線程有一個自己私有的棧。進程所創建的所有類的實例（也就是對象）或數組（指的是數組的本身，不是引用）都放在堆中,並由該進程所有的線程共享。Java中分配堆內存是自動初始化的，即為一個對象分配內存的時候，會初始化這個對象中變量。雖然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棧中分配,也就是説在建立一個對象時在堆和棧中都分配內存，在堆中分配的內存實際存放這個被創建的對象的本身，而在棧中分配的內存只是存放指向這個堆對象的引用而已。局部變量 new 出來時，在棧空間和堆空間中分配空間，當局部變量生命週期結束後，棧空間立刻被回收，堆空間區域等待GC回收。

具體的概念：JVM的內存可分為3個區：堆(heap)、棧(stack)和方法區(method，也叫靜態區)：

堆區:

1.存儲的全部是對象，每個對象都包含一個與之對應的class的信息(class的目的是得到操作指令) ；

只有一個堆區(heap)，且被所有線程共享，堆中不存放基本類型和對象引用，只存放對象本身和數組本身；

棧區:

1.每個線程包含一個棧區，棧中只保存基礎數據類型本身和自定義對象的引用；

2.每個棧中的數據(原始類型和對象引用)都是私有的，其他棧不能訪問；

3.棧分為3個部分：基本類型變量區、執行環境上下文、操作指令區(存放操作指令)；

方法區（靜態區）:

1.被所有的線程共享，方法區包含所有的class（class是指類的原始代碼，要創建一個類的對象，首先要把該類的代碼加載到方法區中，並且初始化）和static變量。

2.方法區中包含的都是在整個程序中永遠唯一的元素，如class，static變量。

二、實例演示

public class AppMain //運行時, jvm 把appmain的代碼全部都放入方法區 { public static void main(String[] args) //main 方法本身放入方法區。 { Sample test1 = new Sample( " 測試1 " ); //test1是引用，所以放到棧區裏， Sample是自定義對象應該放到堆裏面 Sample test2 = new Sample( " 測試2 " ); tName(); tName(); } } public class Sample //運行時, jvm 把appmain的信息都放入方法區 { /** 範例名稱 */ private String name; //new Sample實例後， name 引用放入棧區裏, name 對應的 String 對象放入堆裏 /** 構造方法 */ public Sample(String name) { this = name; } /** 輸出 */ public void printName() //在沒有對象的時候，print方法跟隨sample類被放入方法區裏。 { tln(name); } }

運行該程序時，首先啟動一個Java虛擬機進程，這個進程首先從classpath中找到s文件，讀取這個文件中的二進制數據，然後把Appmain類的類信息存放到運行時數據區的方法區中，這就是AppMain類的加載過程。

接着，Java虛擬機定位到方法區中AppMain類的Main()方法的字節碼，開始執行它的指令。這個main()方法的第一條語句就是：

複製代碼 代碼如下:

Sample test1=new Sample("測試1");

該語句的執行過程：

1、 Java虛擬機到方法區找到Sample類的類型信息，沒有找到，因為Sample類還沒有加載到方法區（這裏可以看出，java中的內部類是單獨存在的，而且剛開始的時候不會跟隨包含類一起被加載，等到要用的時候才被加載）。Java虛擬機立馬加載Sample類，把Sample類的類型信息存放在方法區裏。

2、 Java虛擬機首先在堆區中為一個新的Sample實例分配內存, 並在Sample實例的內存中存放一個方法區中存放Sample類的類型信息的內存地址。

3、 JVM的進程中，每個線程都會擁有一個方法調用棧，用來跟蹤線程運行中一系列的方法調用過程，棧中的每一個元素就被稱為棧幀，每當線程調用一個方法的時候就會向方法棧壓入一個新幀。這裏的幀用來存儲方法的參數、局部變量和運算過程中的臨時數據。

4、位於“=”前的Test1是一個在main()方法中定義的一個變量（一個Sample對象的引用），因此，它被會添加到了執行main()方法的主線程的JAVA方法調用棧中。而“=”將把這個test1變量指向堆區中的Sample實例。

5、JVM在堆區裏繼續創建另一個Sample實例，並在main方法的方法調用棧中添加一個Test2變量，該變量指向堆區中剛才創建的Sample新實例。

6、JVM依次執行它們的printName()方法。當JAVA虛擬機執行tName()方法時，JAVA虛擬機根據局部變量test1持有的引用，定位到堆區中的Sample實例，再根據Sample實例持有的引用，定位到方法去中Sample類的類型信息，從而獲得printName()方法的字節碼，接着執行printName()方法包含的指令，開始執行。

三、辨析

在Java語言裏堆(heap)和棧(stack)裏的區別 ：

1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放數據的地方。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`優勢是，存取速度比堆要快，僅次於直接位於CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數據可以共享（詳見下面的介紹）。堆的優勢是可以動態地分配內存大小，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據。但缺點是，由於要在運行時動態分配內存，存取速度較慢。

Java中的2種數據類型：

一種是基本類型(primitive types), 共有8類，即int, short, long, byte, float, double, boolean, 注意，並沒有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。自動變量存的是字面值，不是類的實例，即不是類的引用，這裏並沒有類的存在。如int a = 3; 這裏的a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。這些字面值的數據，由於大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊裏面，程序塊退出後，字段值就消失了)，出於追求速度的原因，就存在於棧中。

棧有一個很重要的特性:存在棧中的數據可以共享。假設我們同時定義: int a = 3;int b = 3; 編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創建一個變量為a的引用，然後查找有沒有字面值為3的地址，如果沒找到，就開闢一個存放3這個字面值的地址，然後將a指向3的地址。接着處理int b = 3；在創建完b的引用變量後，由於在棧中已經有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。

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，那麼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着改變的情況。如上例，我們定義完a與 b的值後，再令a=4；那麼，b不會等於4，還是等於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，重新開闢地址存放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。

另一種是包裝類數據，如Integer, String, Double等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類數據全部存在於堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據需要動態創建，因此比較靈活，但缺點是要佔用更多的時間。

　四、總結

java內存分配條理還是很清楚的，如果要徹底搞懂，可以去查閲JVM相關的書籍。在java中，內存分配最讓人頭疼的是String對象，由於其特殊性，所以很多程序員容易搞混淆，下一篇文章再詳細講解。