java堆實現

㈠ java的堆內存是什麼

Java堆（Java Heap）是java虛擬機所管理的內存中最大的一塊
java堆被所有線程共享的一塊內存區域
虛擬機啟動時創建java堆
java堆的唯一目的就是存放對象實例。
java堆是垃圾收集器管理的主要區域。
從內存回收的角度來看， 由於現在收集器基本都採用分代收集演算法， 所以Java堆可以細分為：新生代（Young）和老年代（Old）。 新生代又被劃分為三個區域Eden、From Survivor， To Survivor等。無論怎麼劃分，最終存儲的都是實例對象， 進一步劃分的目的是為了更好的回收內存， 或者更快的分配內存。
java堆的大小是可擴展的， 通過-Xmx和-Xms控制。
如果堆內存不夠分配實例對象， 並且對也無法在擴展時， 將會拋出outOfMemoryError異常。

㈡ java中什麼是堆和棧，如何應用，最好舉個例子，並詳細地說明一下，謝謝了

簡單的說：
Java把內存劃分成兩種：一種是棧內存，一種是堆內存。

在函數中定義的一些基本類型的變數和對象的引用變數都在函數的棧內存中分配。

當在一段代碼塊定義一個變數時，Java就在棧中為這個變數分配內存空間，當超過變數的作用域後，Java會自動釋放掉為該變數所分配的內存空間，該內存空間可以立即被另作他用。

堆內存用來存放由new創建的對象和數組。

在堆中分配的內存，由Java虛擬機的自動垃圾回收器來管理。

在堆中產生了一個數組或對象後，還可以在棧中定義一個特殊的變數，讓棧中這個變數的取值等於數組或對象在堆內存中的首地址，棧中的這個變數就成了數組或對象的引用變數。

引用變數就相當於是為數組或對象起的一個名稱，以後就可以在程序中使用棧中的引用變數來訪問堆中的數組或對象。

具體的說：
棧與堆都是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。
Java的堆是一個運行時數據區,類的(對象從中分配空間。這些對象通過new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負責的，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，因為它是在運行時動態分配內存的，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。
棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次於寄存器，棧數據可以共享。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。棧中主要存放一些基本類型的變數（,int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和對象句柄。
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數為a的引用，然後查找棧中是否有3這個值，如果沒找到，就將3存放進來，然後將a指向3。接著處理int b = 3；在創建完b的引用變數後，因為在棧中已經有3這個值，便將b直接指向3。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。這時，如果再令a=4；那麼編譯器會重新搜索棧中是否有4值，如果沒有，則將4存放進來，並令a指向4；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。要注意這種數據的共享與兩個對象的引用同時指向一個對象的這種共享是不同的，因為這種情況a的修改並不會影響到b, 它是由編譯器完成的，它有利於節省空間。而一個對象引用變數修改了這個對象的內部狀態，會影響到另一個對象引用變數。

String是一個特殊的包裝類數據。可以用：
String str = new String("abc");
String str = "abc";
兩種的形式來創建，第一種是用new()來新建對象的，它會在存放於堆中。每調用一次就會創建一個新的對象。
而第二種是先在棧中創建一個對String類的對象引用變數str，然後查找棧中有沒有存放"abc"，如果沒有，則將"abc"存放進棧，並令str指向」abc」，如果已經有」abc」 則直接令str指向「abc」。

比較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==，下面用例子說明上面的理論。
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
可以看出str1和str2是指向同一個對象的。

String str1 =new String ("abc");
String str2 =new String ("abc");
System.out.println(str1==str2); // false
用new的方式是生成不同的對象。每一次生成一個。
因此用第一種方式創建多個」abc」字元串,在內存中其實只存在一個對象而已. 這種寫法有利與節省內存空間. 同時它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，而不管其字元串值是否相等，是否有必要創建新對象，從而加重了程序的負擔。
另一方面, 要注意: 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，創建了String類的對象str。擔心陷阱！對象可能並沒有被創建！而可能只是指向一個先前已經創建的對象。只有通過new()方法才能保證每次都創建一個新的對象。由於String類的immutable性質，當String變數需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。

java中內存分配策略及堆和棧的比較
2.1 內存分配策略
按照編譯原理的觀點,程序運行時的內存分配有三種策略,分別是靜態的,棧式的,和堆式的.
靜態存儲分配是指在編譯時就能確定每個數據目標在運行時刻的存儲空間需求,因而在編譯時就可以給他們分配固定的內存空間.這種分配策略要求程序代碼中不允許有可變數據結構(比如可變數組)的存在,也不允許有嵌套或者遞歸的結構出現,因為它們都會導致編譯程序無法計算準確的存儲空間需求.
棧式存儲分配也可稱為動態存儲分配,是由一個類似於堆棧的運行棧來實現的.和靜態存儲分配相反,在棧式存儲方案中,程序對數據區的需求在編譯時是完全未知的,只有到運行的時候才能夠知道,但是規定在運行中進入一個程序模塊時,必須知道該程序模塊所需的數據區大小才能夠為其分配內存.和我們在數據結構所熟知的棧一樣,棧式存儲分配按照先進後出的原則進行分配。
靜態存儲分配要求在編譯時能知道所有變數的存儲要求,棧式存儲分配要求在過程的入口處必須知道所有的存儲要求,而堆式存儲分配則專門負責在編譯時或運行時模塊入口處都無法確定存儲要求的數據結構的內存分配,比如可變長度串和對象實例.堆由大片的可利用塊或空閑塊組成,堆中的內存可以按照任意順序分配和釋放.

2.2 堆和棧的比較
上面的定義從編譯原理的教材中總結而來,除靜態存儲分配之外,都顯得很呆板和難以理解,下面撇開靜態存儲分配,集中比較堆和棧:
從堆和棧的功能和作用來通俗的比較,堆主要用來存放對象的，棧主要是用來執行程序的.而這種不同又主要是由於堆和棧的特點決定的:
在編程中，例如C/C++中，所有的方法調用都是通過棧來進行的,所有的局部變數,形式參數都是從棧中分配內存空間的。實際上也不是什麼分配,只是從棧頂向上用就行,就好像工廠中的傳送帶(conveyor belt)一樣,Stack Pointer會自動指引你到放東西的位置,你所要做的只是把東西放下來就行.退出函數的時候，修改棧指針就可以把棧中的內容銷毀.這樣的模式速度最快, 當然要用來運行程序了.需要注意的是,在分配的時候,比如為一個即將要調用的程序模塊分配數據區時,應事先知道這個數據區的大小,也就說是雖然分配是在程序運行時進行的,但是分配的大小多少是確定的,不變的,而這個"大小多少"是在編譯時確定的,不是在運行時.
堆是應用程序在運行的時候請求操作系統分配給自己內存，由於從操作系統管理的內存分配,所以在分配和銷毀時都要佔用時間，因此用堆的效率非常低.但是堆的優點在於,編譯器不必知道要從堆里分配多少存儲空間，也不必知道存儲的數據要在堆里停留多長的時間,因此,用堆保存數據時會得到更大的靈活性。事實上,面向對象的多態性,堆內存分配是必不可少的,因為多態變數所需的存儲空間只有在運行時創建了對象之後才能確定.在C++中，要求創建一個對象時，只需用 new命令編制相關的代碼即可。執行這些代碼時，會在堆里自動進行數據的保存.當然，為達到這種靈活性，必然會付出一定的代價:在堆里分配存儲空間時會花掉更長的時間！這也正是導致我們剛才所說的效率低的原因,看來列寧同志說的好,人的優點往往也是人的缺點,人的缺點往往也是人的優點(暈~).

2.3 JVM中的堆和棧
JVM是基於堆棧的虛擬機.JVM為每個新創建的線程都分配一個堆棧.也就是說,對於一個Java程序來說，它的運行就是通過對堆棧的操作來完成的。堆棧以幀為單位保存線程的狀態。JVM對堆棧只進行兩種操作:以幀為單位的壓棧和出棧操作。
我們知道,某個線程正在執行的方法稱為此線程的當前方法.我們可能不知道,當前方法使用的幀稱為當前幀。當線程激活一個Java方法,JVM就會在線程的 Java堆棧里新壓入一個幀。這個幀自然成為了當前幀.在此方法執行期間,這個幀將用來保存參數,局部變數,中間計算過程和其他數據.這個幀在這里和編譯原理中的活動紀錄的概念是差不多的.
從Java的這種分配機制來看,堆棧又可以這樣理解:堆棧(Stack)是操作系統在建立某個進程時或者線程(在支持多線程的操作系統中是線程)為這個線程建立的存儲區域，該區域具有先進後出的特性。
每一個Java應用都唯一對應一個JVM實例，每一個實例唯一對應一個堆。應用程序在運行中所創建的所有類實例或數組都放在這個堆中,並由應用所有的線程共享.跟C/C++不同，Java中分配堆內存是自動初始化的。Java中所有對象的存儲空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配,也就是說在建立一個對象時從兩個地方都分配內存，在堆中分配的內存實際建立這個對象，而在堆棧中分配的內存只是一個指向這個堆對象的指針(引用)而已。

㈢ Java如何實現堆棧

//這是JDK提供的棧

import java.util.Stack;

public class UsingStack {
public static void main(String[] args) {
//構造棧對象，使用類型限制，只能存儲Integer數據
Stack<Integer> s = new Stack<Integer>();

//1、2、3依次入棧
s.push(1);
s.push(2);
s.push(3);

//3、2、1依次出棧
System.out.println(s.pop());
System.out.println(s.pop());
System.out.println(s.pop());
}
}

//這是我寫的順序結構的棧
import java.util.EmptyStackException;
import java.util.Vector;

public class UsingStack{
public static void main(String[] args){
//構造棧對象，使用類型限制，只能存儲Integer數據
MyStack<Integer> s = new MyStack<Integer>();

//1、2、3依次入棧
s.push(1);
s.push(2);
s.push(3);

//3、2、1依次出棧
System.out.println(s.pop());
System.out.println(s.pop());
System.out.println(s.pop());
}
}

/**
* 棧類
* @author developer_05
* @param <T>
*/
class MyStack<T> extends Vector<T>{
/**
* 構造方法
*/
public MyStack(){
}

/**
* 入棧方法
* @param item 待入棧的元素
* @return 返回入棧的元素
*/
public T push(T item) {
addElement(item);

return item;
}

/**
* 出棧方法(同步處理)
* @return 返回出棧元素
*/
public synchronized T pop() {
T obj;
int len = size();

if (len == 0)
throw new EmptyStackException();
obj = elementAt(len - 1);

removeElementAt(len - 1);

return obj;
}

/**
* 判斷棧是否為空的方法
* @return 返回true(棧空)或false(棧非空)
*/
public boolean empty() {
return size() == 0;
}

private static final long serialVersionUID = 1L;
}

㈣ Java堆中到底存放些什麼

當Java程序創建一個類的實例或者數組時，都在堆中為新的對象分配內存。虛擬機中只有一個堆，所有的線程都共享他。Java中所有的對象都存放在堆中，包括class對象和異常對象。 那麼這些對象中有存放些什麼呢？實例數據是肯定的，還有就是當通過對象訪問類信息時就必須有一個指針將對象和方法區中的類信息關聯起來，關聯的方法有多種。一個可能的堆的設計是將堆分為兩個部分：引用池和對象池。一個對象的引用就是指向引用池的本地指針。每一個引用池中的條目都包含兩個部分：指向對象池中對 象數據的指針和方法區中對象類數據的指針。這種設計能夠方便Java虛擬機堆碎片的整理。當虛擬機在對象池中移動一個對象的時候，只需要修改對應引用池中 的指針地址。但是每次訪問對象的數據都需要處理兩次指針。下圖演示了這種堆的設計。 另一種堆的設計是：一個對象的引用就是一個指向一堆數據和指向相應對象的偏移指針。這種設計方便了對象的訪問，可是對象的移動要變的異常復雜。下圖演示了這種設計 無論虛擬機實現者使用哪一種設計，他都可能為每一個對象保存一個類似方法列表的信息。因為他可以提升對象方法調用的速度，對提升虛擬機的性能非常重要，但 是虛擬機的規范中比沒有要求必須實現類似的數據結構。下圖描述了這種結構。圖中顯示了一個對象引用相關聯的所有的數據結構，包括： 1）、一個指向類型數據的指針 2）、一個對象的方法列表。方法列表是一個指向所有可能被調用對象方法的指針數組。方法數據包括三個部分：操作碼堆棧的大小和方法堆棧的本地變數區；方法的位元組碼；異常列表。 除此之外，堆上的對象數據還有一種邏輯部分，那就是對象鎖，這是一個互斥對象。虛擬機中的每個對象都有一個對象鎖，它被用於協調多個線程訪問同一個對象時的同步。只有當第一次需要加鎖的時候才分配對應的鎖數據，但這時虛擬機需要用某種間接方法來聯系對象數據和對應的鎖數據。這也是為什麼很多對象在其整個生命周期內都沒有被任何線程加鎖。除了實現鎖所需要的數據外，每個Java對象邏輯上還與實現等待集合（wait set）相關聯。 最後一種數據類型-是與垃圾收集器有關的數據。垃圾收集器必須以某種方式跟蹤程序引用的每個對象，這個任務不可避免的要附加一些數據給這些對象。