原題： 關於Java棧與堆的思考 1. 棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放數據的地方。與C++不同，Java自動管理棧和堆，程序員不能直接地設置棧或堆。 2. 棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次於直接位於CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數據可以共享，詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。但缺點是，由於要在運行時動態分配內存，存取速度較慢。 3. Java中的數據類型有兩種。 一種是基本類型(primitive types), 共有8種，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，並沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如int a = 3; long b = 255L;的形式來定義的，稱為自動變量。值得注意的是，自動變量存的是字面值，不是類的實例，即不是類的引用，這裡並沒有類的存在。如int a = 3; 這裡的a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。這些字面值的數據，由於大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊裡面，程序塊退出後，字段值就消失了)，出於追求速度的原因，就存在於棧中。 另外，棧有一個很重要的特殊性，就是存在棧中的數據可以共享。假設我們同時定義：int a = 3; int b = 3； 編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創建一個變量為a的引用，然後查找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開辟一個存放3這個字面值的地址，然後將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創建完b的引用變量後，由於在棧中已經有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。 特別注意的是，這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態，那麼另一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修改其值，不會導致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a 與b的值後，再令a=4；那麼，b不會等於4，還是等於3。在編譯器內部，遇到a=4；時，它就會重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒有，重新開辟地址存放4的值；如果已經有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。 另一種是包裝類數據，如Integer, String, Double等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類數據全部存在於堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據需要動態創建，因此比較靈活，但缺點是要占用更多的時間。 4. String是一個特殊的包裝類數據。即可以用String str = new String("abc");的形式來創建，也可以用String str = "abc"；的形式來創建(作為對比，在JDK 5.0之前，你從未見過Integer i = 3;的表達式，因為類與字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，這種表達式是可以的！因為編譯器在後台進行Integer i = new Integer(3)的轉換)。前者是規范的類的創建過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的實例，全部通過new()的形式來創建。Java 中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創建的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內部通過new()來創建的，而getInstance()向外部隱藏了此細節。那為什麼在String str = "abc"；中，並沒有通過new()來創建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。 5. 關於String str = "abc"的內部工作。Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟： (1)先定義一個名為str的對String類的對象引用變量：String str； (2)在棧中查找有沒有存放值為"abc"的地址，如果沒有，則開辟一個存放字面值為"abc"的地址，接著創建一個新的String類的對象o，並將 o的字符串值指向這個地址，而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。如果已經有了值為"abc"的地址，則查找對象o，並返回o的地址。 (3)將str指向對象o的地址。 值得注意的是，一般String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc"；這種場合下，其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數據的引用！ 為了更好地說明這個問題，我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。String str1 = "abc";String str2 = "abc";System.out.println(str1==str2); //true 注意，我們這裡並不用str1.equals(str2)；的方式，因為這將比較兩個字符串的值是否相等。==號，根據JDK的說明，只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。而我們在這裡要看的是，str1與str2是否都指向了同一個對象。結果說明，JVM創建了兩個引用str1和str2，但只創建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。 我們再來更進一步，將以上代碼改成：String str1 = "abc";String str2 = "abc";str1 = "bcd";System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abcSystem.out.println(str1==str2); //false 這就是說，賦值的變化導致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象！而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當我們將str1的值改為"bcd"時，JVM發現在棧中沒有存放該值的地址，便開辟了這個地址，並創建了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。 事實上，String類被設計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據新值悄悄創建了一個新對象，然後將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創建過程雖說是完全自動進行的，但它畢竟占用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中，會帶有一定的不良影響。 再修改原來代碼：String str1 = "abc";String str2 = "abc";str1 = "bcd";String str3 = str1;System.out.println(str3); //bcdString str4 = "bcd";System.out.println(str1 == str4); //true str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3並沒有創建新對象)。當str1改完其值後，再創建一個String的引用 str4，並指向因str1修改值而創建的新的對象。可以發現，這回str4也沒有創建新的對象，從而再次實現棧中數據的共享。 我們再接著看以下的代碼。String str1 = new String("abc");String str2 = "abc";System.out.println(str1==str2); //false 創建了兩個引用。創建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。String str1 = "abc";String str2 = new String("abc");System.out.println(str1==str2); //false 創建了兩個引用。創建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。 以上兩段代碼說明，只要是用new()來新建對象的，都會在堆中創建，而且其字符串是單獨存值的，即使與棧中的數據相同，也不會與棧中的數據共享。 6. 數據類型包裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改，所有的數據類型包裝類都不能更改其內部的值。 7. 結論與建議： (1)我們在使用諸如String str = "abc"；的格式定義類時，總是想當然地認為，我們創建了String類的對象str。擔心陷阱！對象可能並沒有被創建！唯一可以肯定的是，指向 String類的引用被創建了。至於這個引用到底是否指向了一個新的對象，必須根據上下文來考慮，除非你通過new()方法來顯要地創建一個新的對象。因此，更為准確的說法是，我們創建了一個指向String類的對象的引用變量str，這個對象引用變量指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認識到這一點對排除程序中難以發現的bug是很有幫助的。 (2)使用String str = "abc"；的方式，可以在一定程度上提高程序的運行速度，因為JVM會自動根據棧中數據的實際情況來決定是否有必要創建新對象。而對於String str = new String("abc")；的代碼，則一概在堆中創建新對象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要創建新對象，從而加重了程序的負擔。這個思想應該是享元模式的思想，但JDK的內部在這裡實現是否應用了這個模式，不得而知。 (3)當比較包裝類裡面的數值是否相等時，用equals()方法；當測試兩個包裝類的引用是否指向同一個對象時，用==。 (4)由於String類的immutable性質，當String變量需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。
