理解 Java 内存模型：堆和栈解释

了解 java 如何处理按值传递和按引用传递后，下一步是更深入地研究 java 的内存模型。具体来说，我们将探讨堆和栈——java 内存管理的两个关键组件。清楚地理解这些概念将帮助您编写高效的代码。

java中的堆和栈是什么？

在java中，程序使用的内存分为两个主要区域：

1.堆内存：用于对象和类实例的动态分配。

2.stack memory：用于存储方法调用细节、局部变量和引用。

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堆内存：动态内存池

• 用途：堆是存储所有对象及其实例变量（字段）的地方。
• 特点： 由所有线程共享。对象保留在堆中，直到不再被引用为止，此时它们就有资格进行垃圾回收。在运行时分配。
• 用法示例： 使用 new 关键字创建的任何对象都驻留在堆中。

堆栈内存：执行上下文

• 用途：堆栈用于管理方法执行和局部变量（原语和对象引用）。​​
• 特点： 每个线程都有自己的堆栈（线程本地内存）。遵循后进先出 (lifo) 原则。当方法被调用和返回时自动分配和释放。
• 用法示例： 方法调用、局部变量和对象引用都存储在堆栈中。

堆与堆栈：主要区别

堆和栈如何协同工作

要了解堆和堆栈如何交互，让我们回顾一下按值传递和按引用传递：

1. 原始类型： 直接存储在栈中。 作为副本按值传递。
2. 对象参考： 引用（内存地址）存储在堆栈中。 实际的对象存储在堆中。 当传递给方法时，引用被复制，但它仍然指向同一个堆对象。

代码示例：实际的堆和栈

让我们分析一个简单的程序来了解堆和堆栈内存是如何使用的。

class person {     string name;      person(string name) {         this.name = name;     } }  public class heapstackexample {     public static void main(string[] args) {         int number = 10; // stored in the stack         person person = new person("alice"); // reference in stack, object in heap          system.out.println("before: " + person.name); // output: alice         modifyperson(person);         system.out.println("after: " + person.name); // output: bob     }      public static void modifyperson(person p) {         p.name = "bob"; // modifies the object in the heap     } }  

内存崩溃：

• 堆栈内存：
  • number：直接存储在栈中。
  • person：存储在栈中的引用，指向堆中的person对象。
  • p：人员引用的副本，也存储在堆栈中。
• 堆内存：
  • 一个具有名称字段的 person 对象（最初为“alice”，修改后为“bob”）。

方法调用如何影响堆栈

调用方法时：

• 创建一个新的堆栈帧来存储：
  • 方法参数。
  • 局部变量。
  • 实例方法对当前对象（this）的引用。
• 当该方法返回时，其堆栈帧将被删除，从而释放内存。

这是一个例子：

public class stackdemo {     public static void main(string[] args) {         int result = calculate(5); // call method, push stack frame         system.out.println(result); // output: 25     }      public static int calculate(int n) {         return n * n; // stack frame includes 'n'     } }  

内存使用情况：

• main方法为自己创建一个栈帧。
• 当调用calculate(5)时，会推送一个新的堆栈帧。
• 计算完成后，其框架将弹出，并释放内存。

堆和堆栈的常见问题

• stackoverflowerror：
  当堆栈内存不足时发生，通常是由于深度递归或无限方法调用。

• 示例：
  

public class stackoverflowexample {     public static void recursivemethod() {         recursivemethod(); // infinite recursion     }      public static void main(string[] args) {         recursivemethod();     } }  

• 内存不足错误：堆空间：
  当堆已满且无法为新对象分配更多内存时发生。

• 示例：
  

import java.util.ArrayList;  public class HeapOverflowExample {     public static void main(String[] args) {         ArrayList<int[]> list = new ArrayList<>();         while (true) {             list.add(new int[100000]); // Keep allocating memory         }     } }  

优化堆和堆栈的使用

堆：

• 仅在必要时使用对象。
• 对昂贵或重复的对象使用对象池。
• 避免创建不必要的引用，从而阻止垃圾回收。

堆：

• 避免深度递归。
• 使用有效的算法来减少方法调用的次数。

要点

• 堆和栈一起工作：
  • 对象存储在堆中，而引用和局部变量存储在堆栈中。
• 堆栈更快但有限：
  • 它会随着方法调用而自动增大和缩小。
  • 专为临时、线程本地数据而设计。
• 堆更大但共享：
  • 用于需要在单个方法调用之外保留的对象。
  • 由垃圾收集器管理。
• 了解限制：
  • 通过受控递归避免堆栈溢出。
  • 优化对象创建以避免堆内存问题。

深入了解 java 中堆和栈内存的工作原理，您将能够更好地编写高效、无错误的程序，并了解 java 如何在幕后管理内存。