Java 栈和堆内存

原文：https://www.studytonight.com/java-examples/java-stack-and-heap-memory

Java 中的内存分为两部分-Stack和Heap。这样做是为了确保我们的应用有效地利用内存。

在本教程中，我们将更多地了解这两种类型的记忆以及它们之间的主要区别。

栈存储器

栈内存用于线程执行和静态内存分配。所有原始数据驻留在栈内存中，对其他对象的引用也存储在其中。它只包含当前线程可用的本地数据。
每当从 Java 应用调用一个方法时，该方法的一个新块就会被添加到栈中。该块将包含方法所需的所有原始数据和引用。
栈内存，顾名思义，使用栈数据结构的后进先出(LIFO) 方法来添加和移除方法调用。
栈内存比堆内存快得多。它也比堆内存更安全，因为数据只能由正在运行的线程访问。它是线程安全的，不需要同步，因为每个线程都有自己的栈。
内存的分配和解除分配是自动完成的。每当调用一个方法时，都会在栈的顶部为该方法添加一个新的块。当方法完成执行或返回时，则块和所有相应的数据被移除，空间变得可用于新的方法调用。
如果耗尽栈内存，我们可能会遇到栈溢出错误或。我们可以编写一个简单的程序来模拟这个错误。如果我们重复调用一个方法，那么这些方法调用将在栈中累积，最终，我们会得到这个错误。在下面的代码中，我们递归调用其定义中的overflowError()方法，这导致了StackOverflowError。

public class JavaMemoryManagement
{
    public static void overflowError()
    {
        overflowError();
    }    
    public static void main(String[] args)
    {
        overflowError();
    }
}

让我们看一个例子来理解内存是如何在栈中分配的。

在下面的代码中，我们在main()方法中创建了原始整数数据和 char 数据。这个main()方法会被推到栈顶。然后我们调用print()方法，该方法将再次添加到栈顶部。在 print()方法内部，我们正在调用printChar()方法，并且在栈上为该方法分配了一个块。栈中的所有这些方法块都有所需的可用数据。

public class JavaMemoryManagement
{
    public static void print(int i, char c)
    {
        System.out.println(i);
        printChar(c);
    }    
    public static void printChar(char c)
    {
        System.out.println(c);
    }    
    public static void main(String[] args)
    {
        int i = 5;
        char c = 'a';
        print(i, c);
    }
}

最终的栈内存如下图所示。

堆内存

堆内存是所有类实例或对象被分配内存的地方。如上所述，对这些对象的引用存储在栈存储器中。所有动态内存分配都发生在堆中。堆内存也是全局可访问的，任何线程都可以访问内存。
与使用栈数据结构的栈内存不同，堆数据结构与堆内存没有任何联系。
堆内存不如栈内存安全，因为所有线程都可以访问对象，我们必须同步它们。
它也比栈内存慢很多。
内存分配和释放不是很简单，堆内存使用复杂的内存管理技术。内存释放不是自动完成的，Java 使用垃圾收集机制来释放空间。
堆内存进一步分为三个部分:
- Young Generation: 这部分堆内存是所有新分配对象驻留的地方。当这部分内存变满时，就会发生垃圾收集。
- 老一代:当年轻一代对象跨越一个阈值时间限制时，则转移到老一代空间。这通常包含不经常使用的对象。
- 永久生成:这是 JVM 存储运行时类和应用方法的元数据的地方。
如果我们用完了堆内存，那么 JVM 抛出**OutOfMemoryError**。如果我们继续分配空间而不删除旧的对象，就会发生这种情况。我们可以通过创建一个无限循环来模拟这个错误，该循环不断为新的String类对象分配内存。下面的代码将运行几秒钟，然后我们将得到 OutOfMemory 错误

public class JavaMemoryManagement
{
    public static void outOfMemoryError()
    {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        while(true)
        {
            String s = "str";
            list.add(s);
        }
    }    
    public static void main(String[] args)
    {
        outOfMemoryError();
    }
}

考虑下面的例子来更好地理解堆内存。

在下面的代码中，我们正在创建一个字符串对象，它将在堆内存的字符串池中被分配空间。我们还创建了一个对象类的实例，并将为这个对象分配空间。对这些对象的引用将存储在栈内存中。

public class JavaMemoryManagement
{
    public static void main(String[] args)
    {
        String s = "str";
        Object o = new Object();
    }
}

最终的堆内存如下图所示。

Heap memory after allocation of objects

栈和堆内存的主要区别

下表解释了这两种内存之间的一些主要区别。

栈和堆内存示例

让我们试着理解当我们创建新对象和调用方法时，引擎盖下会发生什么。考虑下面的代码，它创建了一个新的 int 变量、一个 String 对象和 object 类的另一个对象。然后调用 print()方法打印字符串和对象。

public class JavaMemoryManagement
{
    public static void print(String s, Object o)
    {
        System.out.println(s);
        System.out.println(o);
    }    
    public static void main(String[] args)
    {
        int i = 5;
        String s = "str";
        Object o = new Object();
        print(s, o);
    }
}

下面的步骤解释了当我们运行上面的代码时会发生什么。

执行从main()方法开始。此方法将被添加到栈的顶部。
在main()方法中，创建 int 类型的原始数据。这将出现在栈本身中。
接下来，创建String类的对象。将在堆内存中为该对象分配空间，对该对象的引用将存储在栈中。创建Object类的实例时也会发生同样的事情。
接下来print()方法将被添加到栈的顶部。对String类实例和Object类实例的引用将可用于该方法。记忆将如下所示。

Memory allocation illustration

摘要

JVM 使用两种类型的内存来高效执行我们的应用。所有原始类型和方法调用都存储在栈内存中，所有动态分配的对象都存储在堆内存中。栈是一种简单的内存类型，它使用后进先出的顺序(就像栈数据结构一样)，而内存管理在堆中相当复杂。堆内存进一步分为年轻一代、老一代和永久一代。