关于Java栈与堆的思考

1. 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不一样，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。 

　　2. 栈的优点是，存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是肯定的，缺少灵活性。另外，栈数据能够共享，详见第3点。堆的优点是能够动态地分配内存大小，生存期也没必要事先告诉编译器，Java的垃圾收集器会自动收走这些再也不使用的数据。但缺点是，因为要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

　　3. Java中的数据类型有两种。

　　一种是基本类型(primitive types), 共有8种，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并无string的基本类型)。这种类型的定义是经过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的，称为自动变量。值得注意的是，自动变量存的是字面值，不是类的实例，即不是类的引用，这里并无类的存在。如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用，指向3这个字面值。这些字面值的数据，因为大小可知，生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面，程序块退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的缘由，就存在于栈中。

　　另外，栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据能够共享。假设咱们同时定义：

int a = 3;  int b = 3；

　　编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中建立一个变量为a的引用，而后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，而后将a指向3的地址。接着处理int b = 3；在建立完b的引用变量后，因为在栈中已经有3这个字面值，便将b直接指向3的地址。这样，就出现了a与b同时均指向3的状况。

　　特别注意的是，这种字面值的引用与类对象的引用不一样。假定两个类对象的引用同时指向一个对象，若是一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，那么另外一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反，经过字面值的引用来修改其值，不会致使另外一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的状况。如上例，咱们定义完a与b的值后，再令a=4；那么，b不会等于4，仍是等于3。在编译器内部，遇到a=4；时，它就会从新搜索栈中是否有4的字面值，若是没有，从新开辟地址存放4的值；若是已经有了，则直接将a指向这个地址。所以a值的改变不会影响到b的值。

　　另外一种是包装类数据，如Integer, String, Double等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据所有存在于堆中，Java用new()语句来显示地告诉编译器，在运行时才根据须要动态建立，所以比较灵活，但缺点是要占用更多的时间。 4. String是一个特殊的包装类数据。便可以用String str = new String("abc");的形式来建立，也能够用String str = "abc"；的形式来建立(做为对比，在JDK 5.0以前，你从未见过Integer i = 3;的表达式，由于类与字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，这种表达式是能够的！由于编译器在后台进行Integer i = new Integer(3)的转换)。前者是规范的类的建立过程，即在Java中，一切都是对象，而对象是类的实例，所有经过new()的形式来建立。Java中的有些类，如DateFormat类，能够经过该类的getInstance()方法来返回一个新建立的类，彷佛违反了此原则。其实否则。该类运用了单例模式来返回类的实例，只不过这个实例是在该类内部经过new()来建立的，而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为何在String str = "abc"；中，并无经过new()来建立实例，是否是违反了上述原则？其实没有。

　　5. 关于String str = "abc"的内部工做。Java内部将此语句转化为如下几个步骤：

　　(1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量：String str；

　　(2)在栈中查找有没有存放值为"abc"的地址，若是没有，则开辟一个存放字面值为"abc"的地址，接着建立一个新的String类的对象o，并将o的字符串值指向这个地址，并且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。若是已经有了值为"abc"的地址，则查找对象o，并返回o的地址。

　　(3)将str指向对象o的地址。

　　值得注意的是，通常String类中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc"；这种场合下，其字符串值倒是保存了一个指向存在栈中数据的引用！

　　为了更好地说明这个问题，咱们能够经过如下的几个代码进行验证。

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

　　注意，咱们这里并不用str1.equals(str2)；的方式，由于这将比较两个字符串的值是否相等。==号，根据JDK的说明，只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而咱们在这里要看的是，str1与str2是否都指向了同一个对象。
结果说明，JVM建立了两个引用str1和str2，但只建立了一个对象，并且两个引用都指向了这个对象。

　　咱们再来更进一步，将以上代码改为：

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

　　这就是说，赋值的变化致使了类对象引用的变化，str1指向了另一个新对象！而str2仍旧指向原来的对象。上例中，当咱们将str1的值改成"bcd"时，JVM发如今栈中没有存放该值的地址，便开辟了这个地址，并建立了一个新的对象，其字符串的值指向这个地址。

　　事实上，String类被设计成为不可改变(immutable)的类。若是你要改变其值，能够，但JVM在运行时根据新值悄悄建立了一个新对象，而后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个建立过程虽然说是彻底自动进行的，但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中，会带有必定的不良影响。

　　再修改原来代码：

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这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意，str3并无建立新对象)。当str1改完其值后，再建立一个String的引用str4，并指向因str1修改值而建立的新的对象。能够发现，这回str4也没有建立新的对象，从而再次实现栈中数据的共享。

　　咱们再接着看如下的代码。

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

　　建立了两个引用。建立了两个对象。两个引用分别指向不一样的两个对象。

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

　　建立了两个引用。建立了两个对象。两个引用分别指向不一样的两个对象。

　　以上两段代码说明，只要是用new()来新建对象的，都会在堆中建立，并且其字符串是单独存值的，即便与栈中的数据相同，也不会与栈中的数据共享。

　　6. 数据类型包装类的值不可修改。不只仅是String类的值不可修改，全部的数据类型包装类都不能更改其内部的值。 7. 结论与建议：

　　(1)咱们在使用诸如String str = "abc"；的格式定义类时，老是想固然地认为，咱们建立了String类的对象str。担忧陷阱！对象可能并无被建立！惟一能够确定的是，指向String类的引用被建立了。至于这个引用究竟是否指向了一个新的对象，必须根据上下文来考虑，除非你经过new()方法来显要地建立一个新的对象。所以，更为准确的说法是，咱们建立了一个指向String类的对象的引用变量str，这个对象引用变量指向了某个值为"abc"的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是颇有帮助的。

　　(2)使用String str = "abc"；的方式，能够在必定程度上提升程序的运行速度，由于JVM会自动根据栈中数据的实际状况来决定是否有必要建立新对象。而对于String str = new String("abc")；的代码，则一律在堆中建立新对象，而无论其字符串值是否相等，是否有必要建立新对象，从而加剧了程序的负担。这个思想应该是享元模式的思想，但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式，不得而知。

　　(3)当比较包装类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时，用==。

　　(4)因为String类的immutable性质，当String变量须要常常变换其值时，应该考虑使用StringBuffer类，以提升程序效率。