java基础（六）——数据类型的存储方式

转自：
Java中基本数据类型的存储方式和相关内存的处理方式（java程序员必读经典）

1.java是如何管理内存的

        java的内存管理就是对象的分配和释放问题。（其中包括两部分）

        分配：内存的分配是由程序完成的，程序员需要通过关键字new为每个对象申请内存空间(基本类型除外)，所有的对象都在堆(Heap)中分配空间。 

        释放：对象的释放是由垃圾回收机制决定和执行的，这样做确实简化了程序员的工作。但同时，它也加重了JVM的工作。因为，GC为了能够正确释放对象，GC必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等，GC都需要进行监控。

2.什么叫java的内存泄露

        在java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特点，首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连（也就是说仍存在该内存对象的引用）；其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象。如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。（关于内存泄漏与内存溢出的区别，可以参考这篇文章：http://wade6.iteye.com/blog/1842907）

3.JVM的内存区域组成

       java把内存分两种（其实是4种，栈、堆、方法区、程序计数器）：

       一种是栈内存，另一种是堆内存

       (1)在函数中定义的基本类型变量（即基本类型的局部变量）和对象的引用变量（即对象的变量名）都在函数的栈内存中分配；

       (2)堆内存用来存放由new创建的对象和数组以及对象的实例变量。

       在函数（代码块）中定义一个变量时，java就在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的作用域后，java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间；

        在堆中分配的内存由java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

        堆和栈的优缺点

        堆的优势是可以动态分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的。

        缺点就是要在运行时动态分配内存，存取速度较慢；

        栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器；另外，栈数据可以共享。

        但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。

        此外补充一下java中还有一个方法区的东东:

        方法区中主要存储所有对象数据共享区域，存储静态变量和普通方法、静态方法、常量、字符串常量（严格说存放在常量池，堆和栈都有）等类信息，说白了就是保存类的模板

4.java中数据在内存中是如何存储的

a)基本数据类型

        java的基本数据类型共有8种，即int,short,long,byte,float,double,boolean,char(注意，并没有String的基本类型 )。这种类型的定义是通过诸如int a = 3；long b = 255L；的形式来定义的。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（字面值一般是放在常量池中）。这些字面值的数据，由于大小可知，生存期可知(这些字面值定义在某个程序块里面，程序块退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，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可以共享。比如： 我们同时定义：int a=3; int b=3;编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然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，然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3；在创建完b这个引用变量后，由于在栈中已经有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的情况。

        定义完a与b的值后，再令a = 4；那么，b不会等于4，还是等于3。在编译器内部，遇到a=4时，它就会重新搜索栈中是否有4的字面值，如果没有，重新开辟地址存放4的值；如果已经有了，则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。

b)对象

        在java中，创建一个对象包括对象的声明和实例化两步，下面用一个例题来说明对象的内存模型。假设有类Rectangle定义如下：

public class Rectangle {
double width;
double height;

public Rectangle( double w, double h){
w = width;
h = height;
}
}

        (1)声明对象时的内存模型  用Rectangle rect；声明一个对象rect时，将在栈内存为对象的引用变量rect分配内存空间，但Rectangle的值为空，称rect是一个空对象。空对象不能使用，因为它还没有引用任何”实体”。 

        (2)对象实例化时的内存模型  当执行rect=new Rectangle(3,5)；时，会做两件事：类加载的准备阶段，在堆内存中为类的成员变量width,height分配内存，并将其初始化为各数据类型的默认值；类加载的初始化阶段，接着进行显式初始化（类定义时的初始化值）；最后调用构造方法，为成员变量赋值。返回堆内存中对象的引用（相当于首地址）给引用变量rect,以后就可以通过rect来引用堆内存中的对象了。

c)创建多个不同的对象实例

        一个类通过使用new运算符可以创建多个不同的对象实例，这些对象实例将在堆中被分配不同的内存空间，改变其中一个对象的状态不会影响其他对象的状态。例如：

Rectangle r1= new Rectangle(3,5);
Rectangle r2= new Rectangle(4,6);

此时，将在堆内存中分别为两个对象的成员变量 width 、 height 分配内存空间，两个对象在堆内存中占据的空间是互不相同的。如果有：

Rectangle r1=new Rectangle(3,5);
Rectangle r2=r1;

则在堆内存中只创建了一个对象实例，在栈内存中创建了两个对象引用，两个对象引用同时指向一个对象实例。

d)包装类

        基本类型都有对应的包装类：如int对应Integer类，double对应Double类等，基本类型的定义都是直接在栈中，如果用包装类来创建对象，就和普通对象一样了。例如：int i=0；i直接存储在栈中。Integer i（i此时是对象）= new Integer(5)；这样，i对象数据存储在堆中，i的引用存储在栈中，通过栈中的引用来操作对象。

e)String

        可以参考（http://blog.chinaunix.net/uid-25304914-id-4763978.html）

        String是一个特殊的包装类数据。可以用以下两种方式创建：String str = new String(“abc”)；String str = “abc”; 第一种创建方式，和普通对象的的创建过程一样； 第二种创建方式，要先引入常量池概念（常量池指的是在编译期被确定，并被保存在已编译的.class文件中的一些数据。它主要保存字面量（即基本数据常量和字符串常量）和符号引用）。第二种创建方式，就是在编译期就已经确定好的字符串常量“abc”，所以会被保存在常量池中
，而str就是指向“abc”这个字符串常量的引用。

f)数组

        当定义一个数组，int x[]；或int[] x；时，在栈内存中创建一个数组引用，通过该引用（即数组名）来引用数组。x=new int[3]；将在堆内存中分配3个保存 int型数据的空间，堆内存的首地址放到栈内存中，每个数组元素被初始化为0。

g)静态变量

        用static修饰的变量和方法，实际上是指定了这些变量和方法在内存中的”固定位置”－static storage，可以理解为所有实例对象共有的内存空间，存放在方法区。static变量有点类似于C中的全局变量的概念；静态表示的是内存的共享，就是它的每一个实例都指向同一个内存地址。把static拿来，就是告诉JVM它是静态的，它的引用（含间接引用）都是指向同一个位置，在那个地方，你把它改了，它就不会变成原样，你把它清理了，它就不会回来了。

        那静态变量与方法是在什么时候初始化的呢？对于两种不同的类属性，static属性与instance属性，初始化的时机是不同的。instance属性在创建实例的时候初始化，static属性在类加载，也就是第一次用到这个类的时候初始化，对于后来的实例的创建，不再次进行初始化。

我们常可看到类似以下的例子来说明这个问题：

class Student{
static int numberOfStudents =0;
public Student(){
numberOfStudents ++;
}
}

每一次创建一个新的Student实例时,成员numberOfStudents都会不断的递增,并且所有的Student实例都访问同一个numberOfStudents变量,实际上intnumberOfStudents变量在内存中只存储在一个位置上。

5.java的内存管理实例

        Java程序的多个部分(方法，变量，对象)驻留在内存中以下两个位置：即堆和栈，现在我们只关心三类事物：实例变量，局部变量和对象： 实例变量和对象驻留在堆上， 局部变量驻留在栈上， 让我们查看一个 java 程序，看看他的各部分如何创建并且映射到栈和堆中：

public class Dog {
Collar c;
String name;

//1.main()方法位于栈上
public static void main(String[] args) {
//2.在栈上创建引用变量d,但Dog对象尚未存在
Dog d;
//3.创建新的Dog对象，并将其赋予d引用变量
d = new Dog();
//4.将引用变量的一个副本传递给go()方法
d.go(d);
}

//5.将go()方法置于栈上，并将dog参数作为局部变量
void go(Dog dog){
//6.在堆上创建新的Collar对象
c = new Collar();
}

//7.将setName()添加到栈上，并将dogName参数作为其局部变量
void setName(String dogName){
//8.name的实例对象也引用String对象
name =dogName;
}
//9.程序执行完成后，setName()将会完成并从栈中清除，此时，局部变量dogName也会消失，尽管它所引用的String仍在堆上
}