内存分配有哪些策略

一、内存分配有哪些策略

咱们从编译原理讲起，不一样的开发环境、开发语言都会有不一样的策略。通常来讲，程序运行时有三种内存分配策略：静态的、栈式的、堆式的

• 静态存储
  是指在编译时就可以肯定每一个数据目标在运行时的存储空间需求，于是在编译时就能够给它们分配固定的内存空间。 
  这种分配策略要求程序代码中不容许有可变数据结构的存在，也不容许有嵌套或者递归的结构出现，由于它们都会致使编译程序没法计算准确的存储空间。

• 栈式存储
  栈式存储分配是动态存储分配，是由一个相似于堆栈的运行栈来实现的，和静态存储的分配方式相反。 
  在栈式存储方案中，程序对数据区的需求在编译时是彻底未知的，只有到了运行的时候才能知道，可是规定在运行中进入一个程序模块的时候，必须知道该程序模块所须要的数据区的大小才能分配其内存。和咱们在数据结构中所熟知的栈同样，栈式存储分配按照先进后出的原则进行分配。

• 堆式存储
  堆式存储分配专门负责在编译时或运行时，没法肯定存储要求的数据结构的内存分配。 
  好比可变长度串和对象实例，堆由大片的可利用块或空闲块组成，堆中的内存能够按照任意顺序分配和释放。

2.2 堆和栈的比较
上面的定义从编译原理的教材中总结而来,除静态存储分配以外,都显得很呆板和难以理解,下面撇开静态存储分配,集中比较堆和栈:
从堆和栈的功能和做用来通俗的比较,堆主要用来存放对象的，栈主要是用来执行程序的.而这种不一样又主要是因为堆和栈的特色决定的:
在编程中，例如C/C++中，全部的方法调用都是经过栈来进行的,全部的局部变量,形式参数都是从栈中分配内存空间的。实际上也不是什么分配,只是从栈顶向上用就行,就好像工厂中的传送带(conveyor belt)同样,Stack Pointer会自动指引你到放东西的位置,你所要作的只是把东西放下来就行.退出函数的时候，修改栈指针就能够把栈中的内容销毁.这样的模式速度最快, 固然要用来运行程序了.须要注意的是,在分配的时候,好比为一个即将要调用的程序模块分配数据区时,应事先知道这个数据区的大小,也就说是虽然分配是在程序运行时进行的,可是分配的大小多少是肯定的,不变的,而这个"大小多少"是在编译时肯定的,不是在运行时.
堆是应用程序在运行的时候请求操做系统分配给本身内存，因为从操做系统管理的内存分配,因此在分配和销毁时都要占用时间，所以用堆的效率很是低.可是堆的优势在于,编译器没必要知道要从堆里分配多少存储空间，也没必要知道存储的数据要在堆里停留多长的时间,所以,用堆保存数据时会获得更大的灵活性。事实上,面向对象的多态性,堆内存分配是必不可少的,由于多态变量所需的存储空间只有在运行时建立了对象以后才能肯定.在C++中，要求建立一个对象时，只需用 new命令编制相关的代码便可。执行这些代码时，会在堆里自动进行数据的保存.固然，为达到这种灵活性，必然会付出必定的代价:在堆里分配存储空间时会花掉更长的时间！这也正是致使咱们刚才所说的效率低的缘由,看来列宁同志说的好,人的优势每每也是人的缺点,人的缺点每每也是人的优势(晕~).
2.3 JVM中的堆和栈 
JVM是基于堆栈的虚拟机.JVM为每一个新建立的线程都分配一个堆栈.也就是说,对于一个Java程序来讲，它的运行就是经过对堆栈的操做来完成的。堆栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对堆栈只进行两种操做:以帧为单位的压栈和出栈操做。
咱们知道,某个线程正在执行的方法称为此线程的当前方法.咱们可能不知道,当前方法使用的帧称为当前帧。当线程激活一个Java方法,JVM就会在线程的 Java堆栈里新压入一个帧。这个帧天然成为了当前帧.在此方法执行期间,这个帧将用来保存参数,局部变量,中间计算过程和其余数据.这个帧在这里和编译原理中的活动纪录的概念是差很少的.
从Java的这种分配机制来看,堆栈又能够这样理解:堆栈(Stack)是操做系统在创建某个进程时或者线程(在支持多线程的操做系统中是线程)为这个线程创建的存储区域，该区域具备先进后出的特性。
每个Java应用都惟一对应一个JVM实例，每个实例惟一对应一个堆。应用程序在运行中所建立的全部类实例或数组都放在这个堆中,并由应用全部的线程共享.跟C/C++不一样，Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中全部对象的存储空间都是在堆中分配的，可是这个对象的引用倒是在堆栈中分配,也就是说在创建一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际创建这个对象，而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。

2.4 GC的思考
Java为何慢?JVM的存在固然是一个缘由,但有人说,在Java中,除了简单类型(int,char等)的数据结构,其它都是在堆中分配内存(因此说Java的一切都是对象)，这也是程序慢的缘由之一。
个人想法是(应该说表明TIJ的观点),若是没有Garbage Collector(GC),上面的说法就是成立的.堆不象栈是连续的空间,没有办法期望堆自己的内存分配可以象堆栈同样拥有传送带般的速度,由于,谁会为你整理庞大的堆空间,让你几乎没有延迟的从堆中获取新的空间呢?
这个时候,GC站出来解决问题.咱们都知道GC用来清除内存垃圾,为堆腾出空间供程序使用,但GC同时也担负了另一个重要的任务,就是要让Java中堆的内存分配和其余语言中堆栈的内存分配同样快,由于速度的问题几乎是众口一词的对Java的诟病.要达到这样的目的,就必须使堆的分配也可以作到象传送带同样,不用本身操心去找空闲空间.这样,GC除了负责清除Garbage外,还要负责整理堆中的对象,把它们转移到一个远离Garbage的纯净空间中无间隔的排列起来,就象堆栈中同样紧凑,这样Heap Pointer就能够方便的指向传送带的起始位置,或者说一个未使用的空间,为下一个须要分配内存的对象"指引方向".所以能够这样说,垃圾收集影响了对象的建立速度,听起来很怪,对不对?
那GC怎样在堆中找到全部存活的对象呢?前面说了,在创建一个对象时，在堆中分配实际创建这个对象的内存,而在堆栈中分配一个指向这个堆对象的指针(引用),那么只要在堆栈(也有可能在静态存储区)找到这个引用,就能够跟踪到全部存活的对象.找到以后,GC将它们从一个堆的块中移到另一个堆的块中,并将它们一个挨一个的排列起来,就象咱们上面说的那样,模拟出了一个栈的结构,但又不是先进后出的分配,而是能够任意分配的,在速度能够保证的状况下, Isn't it great?
可是，列宁同志说了,人的优势每每也是人的缺点,人的缺点每每也是人的优势(再晕~~).GC()的运行要占用一个线程,这自己就是一个下降程序运行性能的缺陷,更况且这个线程还要在堆中把内存翻来覆去的折腾.不只如此,如上面所说,堆中存活的对象被搬移了位置,那么全部对这些对象的引用都要从新赋值.这些开销都会致使性能的下降.
此消彼长,GC()的优势带来的效益是否盖过了它的缺点致使的损失,我也没有太多的体会,Bruce Eckel 是Java的支持者，王婆卖瓜，话不能全信.我的总的感受是,Java仍是很慢,它的发展还须要时间.

上面的体会是我看了TIJ.3rdEdition.Revision4.0中第四章以后得出的,内容和前面的有些不一样.我没有看过侯捷的中文版本,但我以为,在关键问题上,原版的TIJ的确更值得一读.因此和中文版配合起来学习是比较不错的选择.
我只能算一个Java的初学者,没想到起了这么个题目,却受到这么多人的关注,欣喜之余,也决心尽力写好下面的每一篇.不过这一篇完了,我就该准备赴美签证了,若是成功,那就要等到8月27号CS的研究生院开学以后,才有时间会开始研究下一章了,但愿能够多从原版中获取一点经验.

堆和栈的区别和联系

1、简单的能够理解为： 
heap：是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增加的。 
stack：是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减小的。

2、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
须要程序员本身申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);
可是注意p一、p2自己是在栈中的。
2.2
申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，不然将报异常提示栈溢出。
堆：首先应该知道操做系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，
会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，而后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，因为找到的堆结点的大小不必定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分从新放入空闲链表中。
2.3申请大小的限制
栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就肯定的常数），若是申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。所以，能从栈得到的空间较小。
堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是因为系统是用链表来存储的空闲内存地址的，天然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。因而可知，堆得到的空间比较灵活，也比较大。
2.4申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是没法控制的。
堆是由new分配的内存，通常速度比较慢，并且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。可是速度， 也最灵活
2.5堆和栈中的存储内容
栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，而后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，而后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，而后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆：通常是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。
2.6存取效率的比较

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的；
而bbbbbbbbbbb是在编译时就肯定的；
可是，在之后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
好比：
#include 
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。
? 

2.7小结：
堆和栈的区别能够用以下的比喻来看出：
使用栈就象咱们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，没必要理会切菜、洗菜等准备工做和洗碗、刷锅等扫尾工做，他的好处是快捷，可是自由度小。
使用堆就象是本身动手作喜欢吃的菜肴，比较麻烦，可是比较符合本身的口味，并且自由度大。

堆和栈的区别主要分：
操做系统方面的堆和栈，如上面说的那些，很少说了。
还有就是数据结构方面的堆和栈，这些都是不一样的概念。这里的堆实际上指的就是（知足堆性质的）优先队列的一种数据结构，第1个元素有最高的优先权；栈实际上就是知足先进后出的性质的数学或数据结构。
虽然堆栈，堆栈的说法是连起来叫，可是他们仍是有很大区别的，连着叫只是因为历史的缘由而已。