Java里的堆(heap)栈(stack)和方法区(method)

关于java内存区域部分的堆，栈，方法区三个部分而言，我总结了一下大概为一下这张图。

如下是我第一次初学堆,栈,方法区的一些心得，若有不足，但愿各位大佬们指点一下

栈（Stack）：

1.为何栈要用来存储基本变量信息和对象引用

java虚拟机的基本架构就是采用栈来进行设计的。当一个程序须要运行的时候，因为要预先内存空间和运行的生命周期，因此须要进行指针的变更，来进行内存大小的分配。是的，因为这个操做会对程序的执行带来必定的不方便，因此通常栈被用来存放一些基本的变量类型或者引用对象的地址，而对于存储数据量较为庞大的java对象责备存储在了堆里面了。

2.为何说栈的提取速度比堆要快？

我对于硬件部分也不是很理解，因此这里也只好从软件方面来分析，总结分析以后得出缘由有如下几个：
1.栈里面的内存大小通常都是程序启动的时候由系统分配好的。
2.堆的内存大小须要在使用的时候才回去申请，并且每次对于内存大小的申请和归还都会比较消耗性能，开销较大。
3.cpu里面会有专门的寄存器来操做栈，堆里面都是使用间接寻址的方式来进行对象查找的，因此栈会快一些。

3.虚拟机栈里面为何会有数据共享一说？

这个缘由咱们能够举一个例子来讲吧：
假设有这么一段代码：
int j=10;
int k=10;
j=12;
对于这段简单的代码而言，虚拟机里面的栈又是如何处理的呢？其实比较简单的理解就是以下所示：
首先在栈里面会先查找是否存在一个区域存放有10，若是没有就建立一个区域存放10。而后将j引用到这个变量里面去。接着当程序执行到第二句的时候，虚拟机会先到栈里面去查找一下是否存在一个值为10的区域，若是有就直接让k指向10。因此基本以下图所示：

当后期对于j变量的值进行修改成12之后，栈就会重复性的先去查找是否有12，若是没有开辟新的空间用于存储12，而后让j指向这个值

这里面的10这个值，被k,j共同引用的过程就叫作数据共享。

4.栈里面到底存储了什么？

关于这个问题，我在《深刻理解jvm&gc》这本书里面看到了一个比较好的解释，栈里面存储了不少小项，这里面咱们称之为栈帧，这是一种数据结构用于存储方法的局部变量表，操做数栈，动态连接方法还有上下文数据等信息。
那么咱们怎么来理解这个栈帧呢？每一个栈帧里面都会存储有相应的一下内容：
1.局部变量表
2.操做数栈
3.动态连接
4.返回地址
这些东西第一次据说通常都会感受比较陌生，那么咱们来逐个逐个一一讲解：

局部变量表：
这里面的做用主要是存储一系列的变量信息，并且这些变量都是以数字数组的形式来存储的，通常而言byte，short，char，类型的数据在存储的时候会变为int类型，boolean类型也是存储为数字类型，long，double则是转换为双字节大小的控件存储在栈里面。

操做数栈：
关于这个小编也是有点不太了解，看了几篇博客以后也只是知道这个东西是能够将指令在栈里面进行push和pop操做，也是一个数字数组类型。
关于详情的分析能够去阅读如下这篇博客：
https://blog.csdn.net/qq_28666081/article/details/85269879

动态连接：
动态连接的做用主要仍是提供栈里面的对象在进行实例化的时候，可以查找到堆里面相应的类地址，并进行引用。这一整个过程，咱们称之为动态连接。

返回地址：
某个子方法执行完毕以后，须要回到主方法的原有位置继续执行程序，方法出口主要就是记录该信息

堆（heap）

1.堆里面存放的内容主要仍是new出来的对象和一些数组信息。

2.java的虚拟机不须要知道从堆内存里面存放多少空间大小的变量信息，也不须要知道每一个对象的生命周期，因此通常程序运做的灵活性很高。

3.堆区里面存放了大量的对象很信息，因此也成为了gc重点回收的一个区域模块，因此当大量内存被占用的时候，gc的垃圾回收就会成为整个系统的性能瓶颈。因而随着jdk的不断更新，新的技术也对于jvm的内存分配这一块进行必定的优化改善，实现了off-heap。

好了，知道这些内容以后，基本简单的面试问题均可以干掉了，若是要深刻了解的话能够从如下几个方面入手：

关于垃圾回收的原理和分类？
能够看看个人另外一篇文章：https://blog.csdn.net/Danny_idea/article/details/87475188
什么是指针逃逸？如何对此进行优化？
能够参考个人公众号文章：https://mp.weixin.qq.com/s/tyF9Ve40C_uu4rwcs4tUsg

静态方法区：

关于这个概念也能够称之为静态区，静态区和堆很类似，里面存放的信息也是线程共享的，它包含的信息以下图所示：

方法区中包含的都是在整个程序中永远惟一的元素，如class，static变量。

    方法区又被称为静态区，是程序中永远惟一的元素存储区域。和堆同样，是各个线程共享的内存区域。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

    Java虚拟机规范对方法区的限制很是宽松，除了和Java堆同样 不须要连续的内存和能够选择固定大小或者可扩展以外，还能够选择不实现垃圾回收。
    这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载，通常而言，这个区域的内存回收比较难以使人满意，尤为是类型的回收，条件至关苛刻，可是这部分区域的内存回收确实是必要的。

    不少开发者更愿意把方法区称为“永久代”(Perm Gen)(Permanent Generation)「老是存放不会轻易改变的内容」。在目前已经发布的JDK 1.7 的HotSpot中，已经把本来放在永久代的字符串常量池移至堆中。

    运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。

JDK 1.8 中，已经没有方法区(永久代)，而是将方法区直接放在一个与堆不相连的本地内存区域(Native Memory)，这个区域被叫作元空间。

堆栈描述

基础数据类型直接在栈空间分配， 方法的形式参数，直接在栈空间分配，当方法调用完成后从栈空间回收。   引用数据类型，须要用new来建立，既在栈空间分配一个地址空间，又在堆空间分配对象的类变量 。 方法的引用参数，在栈空间分配一个地址空间，并指向堆空间的对象区，当方法调用完成后从栈空间回收。局部变量 new 出来时，在栈空间和堆空间中分配空间，当局部变量生命周期结束后，栈空间马上被回收，堆空间区域等待GC回收。 方法调用时传入的 literal 参数，先在栈空间分配，在方法调用完成后从栈空间分配。字符串常量在 DATA 区域分配 ，this 在堆空间分配 。数组既在栈空间分配数组名称， 又在堆空间分配数组实际的大小！ 
哦 对了，补充一下static在DATA区域分配。 

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。 

堆、栈、方法

这两天看了一下深刻浅出JVM这本书，推荐给高级的java程序员去看，对你了解JAVA的底层和运行机制有 
比较大的帮助。 
废话不想讲了.入主题： 
先了解具体的概念： 
JAVA的JVM的内存可分为3个区：堆(heap)、栈(stack)和方法区(method) 

堆区: 

1.存储的所有是对象，每一个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是获得操做指令) 
2.jvm只有一个堆区(heap)被全部线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象自己 

栈区: 

1.每一个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中 
2.每一个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其余栈不能访问。 
3.栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操做指令区(存放操做指令)。 

方法区: 

1.又叫静态区，跟堆同样，被全部的线程共享。方法区包含全部的class和static变量。 
2.方法区中包含的都是在整个程序中永远惟一的元素，如class，static变量。 
为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕，咱们来准备2个小道具（2个很是简单的小程序）。 
AppMain.java

OK，让咱们开始行动吧，出发指令就是：“java AppMain”，包包里带好咱们的行动向导图，Let’s GO！

系统收到了咱们发出的指令，启动了一个Java虚拟机进程，这个进程首先从classpath中找到AppMain.class文件，读取这个文件中的二进制数据，而后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的加载过程。 

接着，Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码，开始执行它的指令。这个main()方法的第一条语句就是： 
Sample test1=new Sample("测试1"); 
语句很简单啦，就是让java虚拟机建立一个Sample实例，而且呢，使引用变量test1引用这个实例。貌似小case一桩哦，就让咱们来跟踪一下Java虚拟机，看看它到底是怎么来执行这个任务的： 
一、 Java虚拟机一看，不就是创建一个Sample实例吗，简单，因而就直奔方法区而去，先找到Sample类的类型信息再说。结果呢，嘿嘿，没找到@@，这会儿的方法区里尚未Sample类呢。可Java虚拟机也不是一根筋的笨蛋，因而，它发扬“本身动手，丰衣足食”的做风，立马加载了Sample类，把Sample类的类型信息存放在方法区里。 
二、 好啦，资料找到了，下面就开始干活啦。Java虚拟机作的第一件事情就是在堆区中为一个新的Sample实例分配内存, 这个Sample实例持有着指向方法区的Sample类的类型信息的引用。这里所说的引用，实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址，其实，就是有点相似于C语言里的指针啦~~，而这个地址呢，就存放了在Sample实例的数据区里。 
三、 在JAVA虚拟机进程中，每一个线程都会拥有一个方法调用栈，用来跟踪线程运行中一系列的方法调用过程，栈中的每个元素就被称为栈帧，每当线程调用一个方法的时候就会向方法栈压入一个新帧。这里的帧用来存储方法的参数、局部变量和运算过程当中的临时数据。OK，原理讲完了，就让咱们来继续咱们的跟踪行动！位于“=”前的Test1是一个在main()方法中定义的变量，可见，它是一个局部变量，所以，它被会添加到了执行main()方法的主线程的JAVA方法调用栈中。而“=”将把这个test1变量指向堆区中的Sample实例，也就是说，它持有指向Sample实例的引用。 
OK，到这里为止呢，JAVA虚拟机就完成了这个简单语句的执行任务。参考咱们的行动向导图，咱们终于初步摸清了JAVA虚拟机的一点点底细了，COOL！ 
接下来，JAVA虚拟机将继续执行后续指令，在堆区里继续建立另外一个Sample实例，而后依次执行它们的printName()方法。当JAVA虚拟机执行test1.printName()方法时，JAVA虚拟机根据局部变量test1持有的引用，定位到堆区中的Sample实例，再根据Sample实例持有的引用，定位到方法去中Sample类的类型信息，从而得到printName()方法的字节码，接着执行printName()方法包含的指令。

内存与回收

在windows中使用taskmanager查看java进程使用的内存时，发现有时候会超过 -Xmx制定的内存大小， -Xmx指定的是java heap，java还要分配内存作其余的事情，包括为每一个线程创建栈。 VM的每一个线程都有本身的栈空间，栈空间的大小限制vm的线程数量，太大了，实用的线程数减小，过小容易抛出java.lang.StackOverflowError异常。windows默认为1M，linux必须运行ulimit -s 2048。 在C语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别 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。 一个由c/C++编译的程序占用的内存分为如下几个部分 一、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操做方式相似于数据结构中的栈。 二、在Java语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别     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.每一个JVM的线程都有本身的私有的栈空间，随线程建立而建立，java的stack存放的是frames ，java的stack和c的不一样，只是存放本地变量，返回值和调用方法，不容许直接push和pop frames ，由于frames 多是有heap分配的，因此j为ava的stack分配的内存不须要是连续的。java的heap是全部线程共享的，堆存放全部 runtime data ，里面是全部的对象实例和数组，heap是JVM启动时建立。 　　5. 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。 若是java不能成功分配heap的空间，将抛出OutOfMemoryError