如何理解JVM中的Stack和Heap

如何理解JVM中的Stack和Heap，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

在JVM中，內存分為兩個部分，Stack（棧）和Heap（堆），這里，我們從JVM的內存管理原理的角度來認識Stack和Heap，并通過這些原理認清Java中靜態方法和靜態屬性的問題。

一般，JVM的內存分為兩部分：Stack和Heap。

Stack（棧）是JVM的內存指令區。Stack管理很簡單，push一定長度字節的數據或者指令，Stack指針壓棧相應的字節位移；pop一定字節長度數據或者指令，Stack指針彈棧。Stack的速度很快，管理很簡單，并且每次操作的數據或者指令字節長度是已知的。所以Java 基本數據類型，Java 指令代碼，常量都保存在Stack中。

Heap（堆）是JVM的內存數據區。Heap 的管理很復雜，每次分配不定長的內存空間，專門用來保存對象的實例。在Heap 中分配一定的內存來保存對象實例，實際上也只是保存對象實例的屬性值，屬性的類型和對象本身的類型標記等，并不保存對象的方法（方法是指令，保存在Stack中）,在Heap 中分配一定的內存保存對象實例和對象的序列化比較類似。而對象實例在Heap 中分配好以后，需要在Stack中保存一個4字節的Heap 內存地址，用來定位該對象實例在Heap 中的位置，便于找到該對象實例。

由于Stack的內存管理是順序分配的，而且定長，不存在內存回收問題；而Heap 則是隨機分配內存，不定長度，存在內存分配和回收的問題；因此在JVM中另有一個GC進程，定期掃描Heap ，它根據Stack中保存的4字節對象地址掃描Heap ，定位Heap 中這些對象，進行一些優化（例如合并空閑內存塊什么的），并且假設Heap 中沒有掃描到的區域都是空閑的，統統refresh（實際上是把Stack中丟失了對象地址的無用對象清除了），這就是垃圾收集的過程；關于垃圾收集的更深入講解請參考51CTO之前的文章《JVM內存模型及垃圾收集策略解析》。

 
JVM的體系結構

我們首先要搞清楚的是什么是數據以及什么是指令。然后要搞清楚對象的方法和對象的屬性分別保存在哪里。

1）方法本身是指令的操作碼部分，保存在Stack中；

2）方法內部變量作為指令的操作數部分，跟在指令的操作碼之后，保存在Stack中（實際上是簡單類型保存在Stack中，對象類型在Stack中保存地址，在Heap 中保存值）；上述的指令操作碼和指令操作數構成了完整的Java 指令。

3）對象實例包括其屬性值作為數據，保存在數據區Heap 中。

非靜態的對象屬性作為對象實例的一部分保存在Heap 中，而對象實例必須通過Stack中保存的地址指針才能訪問到。因此能否訪問到對象實例以及它的非靜態屬性值完全取決于能否獲得對象實例在Stack中的地址指針。

非靜態方法和靜態方法的區別：

非靜態方法有一個和靜態方法很重大的不同：非靜態方法有一個隱含的傳入參數，該參數是JVM給它的，和我們怎么寫代碼無關，這個隱含的參數就是對象實例在Stack中的地址指針。因此非靜態方法（在Stack中的指令代碼）總是可以找到自己的專用數據（在Heap 中的對象屬性值）。當然非靜態方法也必須獲得該隱含參數，因此非靜態方法在調用前，必須先new一個對象實例，獲得Stack中的地址指針，否則JVM將無法將隱含參數傳給非靜態方法。

靜態方法無此隱含參數，因此也不需要new對象，只要class文件被ClassLoader load進入JVM的Stack，該靜態方法即可被調用。當然此時靜態方法是存取不到Heap 中的對象屬性的。

總結一下該過程：當一個class文件被ClassLoader load進入JVM后，方法指令保存在Stack中，此時Heap 區沒有數據。然后程序技術器開始執行指令，如果是靜態方法，直接依次執行指令代碼，當然此時指令代碼是不能訪問Heap 數據區的；如果是非靜態方法，由于隱含參數沒有值，會報錯。因此在非靜態方法執行前，要先new對象，在Heap 中分配數據，并把Stack中的地址指針交給非靜態方法，這樣程序技術器依次執行指令，而指令代碼此時能夠訪問到Heap 數據區了。

靜態屬性和動態屬性：

前面提到對象實例以及動態屬性都是保存在Heap 中的，而Heap 必須通過Stack中的地址指針才能夠被指令（類的方法）訪問到。因此可以推斷出：靜態屬性是保存在Stack中的，而不同于動態屬性保存在Heap 中。正因為都是在Stack中，而Stack中指令和數據都是定長的，因此很容易算出偏移量，也因此不管什么指令（類的方法），都可以訪問到類的靜態屬性。也正因為靜態屬性被保存在Stack中，所以具有了全局屬性。

在JVM中，靜態屬性保存在Stack指令內存區，動態屬性保存在Heap數據內存區。

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