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Java堆空间与栈的对比 - Java中的内存分配​

作者：Pankaj

许多 Java 与Java EE 的书籍和教程中都会提到堆内存与栈内存，但它们很少从程序的角度出发，完整地解释这二者。

Java 堆空间​

Java 在运行时，会使用堆空间为对象和 JRE 类分配内存。所有的对象都创建在在堆空间中。此外，堆内存会运行垃圾回收，删除没有被引用的对象，释放它们占用的内存。在堆空间中创建的所有对象都有全局访问权限，可以在应用程序的任何位置引用。

Java 栈内存​

Java 栈内存用于执行线程。栈内存中包含用于特定方法的短期值，以及方法中对堆内其它对象的引用。堆内存中的引用始终为 LIFO（先进后出）的顺序。当调用一个方法时，会在栈内存中创建一个新模块，用来存储方法的本地原始值和对其它对象的引用。当方法调用结束后，这个模块会变成未使用状态，且可供下一个方法使用。与堆内存相比，栈内存非常小。

Java 程序中的堆内存和栈内存​

让我们通过一个简单的程序，理解堆内存与栈内存的使用。

Let’s understand the Heap and Stack memory usage with a simple program.

package com.journaldev.test;

public class Memory {

    public static void main(String[] args) { // Line 1
        int i=1; // Line 2
        Object obj = new Object(); // Line 3
        Memory mem = new Memory(); // Line 4
        mem.foo(obj); // Line 5
    } // Line 9

    private void foo(Object param) { // Line 6
        String str = param.toString(); //// Line 7
        System.out.println(str);
    } // Line 8

}

以下图片显示了上述程序的堆内存与栈内存，以及它们如何储存原始值、对象和引用变量。

下面来看看程序执行的步骤。

  • 在运行程序的瞬间，堆空间中会加载所有的运行时类（Runtime class）。当运行至第一行的 main()方法时，Java Runtime 就会创建栈内存，供 main()方法线程使用。
  • 第二行，我们创建了本地原始变量，它就会储存在 main()方法的栈内存中。
  • 在第三行中，我们创建了一个对象。对象本身会储存在堆内存中，而栈内存中包含的是对该对象的引用。我们在第四行创建 Memory 对象的过程也与之类似。
  • 当我们在第五行调用 foo()方法时，一个模块会创建在堆的顶部，用于 foo()方法。由于 Java 是值传递，第六行会在 foo() 的栈模块中创建一个新的对对象的引用。
  • 第七行创建了一个新的字符串，这个字符串将会储存在堆空间内的字符串池中，然后 foo() 方法的栈空间中将会储存这个字符串的引用。
  • foo() 方法在第八行终止。此时，栈空间中分配给 foo()的内存就会被释放。
  • 在第九行，main() 方法终止，为它创建的栈内存随之消失。同时，整个程序在这行运行完毕，Java Runtime 就会释放所有内存，终止程序的执行。

Java 堆空间与栈内存的区别​

根据以上例子与解释，我们可以总结出以下堆空间与栈内存的区别。

堆内存可用于应用程序的所有部分，而栈内存仅用于单个线程的执行。 当创建对象时，这个对象只会储存在堆空间中，栈内存只储存对该对象的引用。栈内存只包含本地原始值，和堆空间中对象的引用变量。 堆中存储的对象全局可用，而栈内存无法被其它线程访问。 栈中的内存管理遵循 LIFO（先进后出）原则。而因为堆内存全局可用，其内存管理更为复杂。堆内存被分为年轻代（Yound-Generation）与老年代（Old-Generation）等等。

栈内存是短暂的，而堆内存从程序开始执行到执行结束都一直存在。 我们可以使用 JVM 的 -Xms 和-Xmx 选项设置堆内存的初始与最大值。我们还可以使用-Xss 设置栈内存大小。 如果栈内存满了，Java runtime 会抛出 java.lang.StackOverFlowError，而如果堆内存满了，则会抛出 java.lang.OutOfMemoryError: Java Heap Space 错误。 与堆内存相比，栈内存非常小。此外，由于栈内存实行较简单的内存分配（先进后出），与堆内存相比速度更快。

这就是 Java 堆空间与 Java 栈内存的在应用中的区别。希望本文能让您更清楚地了解 Java 程序执行时的内存分配。参考： https://en.wikipedia.org/wiki/Java_memory_model https://blogs.oracle.com/jonthecollector/presenting-the-permanent-generation