深入剖析JVM中的堆与堆空间：掌握Java内存管理的核心要点

为了更高效的运行应用程序，JVM 选择将内存划分为栈空间和堆空间。 每当我们声明新变量和对象、调用新方法、声明 String 或执行类似操作时，JVM 都会在栈或堆空间里面操作指定内存。在这篇文章里面，我们将简要介绍 JVM 的内存模型以及它们的主要功能，然后我们将介绍它们是如何存储在内存里面，以及会在哪里使用到它们。最后，我们将分几个维度总结它们之间的主要区别。

1. 栈空间

JVM 中的栈空间用于静态内存分配和线程的执行。 它包含方法的原始值以及对象的引用。

对该内存的访问是按后进先出 (LIFO) 顺序进行的。每当我们调用新方法时，都会在堆栈顶部创建一个新块，其中包含特定于该方法的值，例如原始变量和对对象的引用。

当方法完成执行时，其相应的堆栈帧将被刷新，流程返回到调用方法，这样空间就又可用于下一个方法运行。

1.1 栈空间的主要特性

栈空间的其他一些特性包括：

• 它随着新方法的调用和返回分别增长和缩小。
• 堆栈中的变量只有在创建它们的方法正在运行时才存在。
• 当方法执行完成时，它会自动分配和释放。
• 如果此内存已满，Java 将抛出 java.lang.StackOverFlowError.
• 与堆内存相比，访问此内存的速度更快。
• 该内存是线程安全的，因为每个线程都在自己的堆栈中运行。

2. 堆空间

堆空间用于 Java 对象在运行时的动态内存分配。新对象总是在堆空间中创建，而这些对象的引用则存储在栈空间中。

这些对象具有全局访问权限，我们可以从应用程序中的任何位置访问它们。

我们可以将这个内存模型分解成更小的部分，称为世代，它们是：

1. 新生代： 这是所有新对象被分配和老化的地方。填满时会发生 Minor GC。
2. 老年代： 这是存储长期存活对象的地方。当对象存储在新生代时，会设置对象年龄的阈值，当达到该阈值时，对象会被移动到老年代。

2.1 堆空间的主要特性

堆空间的其他一些特性包括：

• 它通过复杂的内存管理技术访问，包括新生代、老年代等等。
• 如果堆空间已满，Java 抛出 java.lang.OutOfMemoryError.
• 访问这块内存比栈内存慢
• 与堆栈相比，此内存不会自动释放。它需要垃圾收集器来释放未使用的对象，以保持内存使用的效率。
• 与堆栈不同，堆不是线程安全的，需要通过正确同步代码来保护。

3. 内存分配示例

基于我们目前所学的，让我们通过分析一个简单的 Java 代码来展示 JVM 如何管理内存：

class Person {
    int id;
    String name;

    public Person(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

public class PersonBuilder {
    private static Person buildPerson(int id, String name) {
        return new Person(id, name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int id = 66;
        String name = "Zhang";
        Person person = null;
        person = buildPerson(id, name);
    }
}

让我们逐步分析一下：

1. 当我们进入 main() 方法时，会在栈内存中创建一个空间来存储该方法的原语和引用。
   • 栈内存直接存储整数的原始值 id
   • Person 类型的引用变量 person 也将在栈空间中创建，它将指向堆中的实际对象。
2. 从 main() 调用参数化构造函数 Person(int, String) 将在前一个堆栈的顶部分配更多内存。将存储如下内容：
   • 栈空间中调用对象的 this 对象引用
   • 栈空间中的原始值 id
   • String 参数 name 的引用变量将指向堆内存中字符串池中的实际字符串
3. main 方法进一步调用了 buildPerson() 静态方法，其进一步分配将在前一个之上的栈空间中进行。这将再次以上述方式存储变量。
4. 堆内存会存储新创建的 Person 类型的 person 的所有实例变量

实际在内存中的分配如下图：

4. 小结

让我们快速总结一下栈空间和堆空间的主要区别：

栈空间和堆空间是 Java 分配内存的两种基本方式，熟悉它们的工作原理，将有利于我们开发出高效运行的 Java 应用程序。