Java 中的内存区域



Java 中的内存主要分为内存堆，方法栈和方法区。当然还有一些别的内存，比如PC寄存器，和 CPU 的 PC 寄存器一样，作用是指向下一个要执行的指令，但是我们写 Java 程序的没关系，一般不需要管。下面我们就说说内存堆，方法栈和方法区。



方法区



方法区是一块连续的内存，存放的是Class文件加载到Java虚拟机内部之后的数据。表现在我们写程序的地方，方法区里的东西，也就是我们里面说的Class类的实例。方法区里的东西，包含类中的变量的定义，静态变量的值和定义，方法（所有方法，不管是静态还是非静态）的字节码等数据。我们可以通过每个类的Class实例来获取这些数据，还记得反射吗？



所以方法区里的数据是相对来说静止的。因为一个类一旦加载进来，就不会变了。唯一会变的可能就是静态变量的值了吧。



所以说，一个类无论创建多少个实例，它都不会增加方法区占用的内存。因为方法区就好想一个模版，模子，印章，不因为复制出来多少个实例而变大或者变小。



内存堆（Heap）



好，接着是内存堆。



这里说的堆和数据结构里的堆虽然是一样的名字，但是没有任何关系。从帮助我们理解Java内存堆的作用的角度，我们可以再简化一点。可以认为Java内存堆就是一卷纸带，纸带上印着一个个大小相同的格子，比如一厘米一个格子（一个格子代表一个字节），每个格子都有一个编号（也就是内存地址）。



那么，我们写程序 new 一个类的对象，就是在这卷纸带上扯一段纸带，用来存放这个类的成员变量等。然后返回的就是这个这段纸带的开始第一个字节的地址。



比如说，A a = new A(); 这段代码。new A()就是按照A占用的内存大小扯一段纸带，然后返回这段纸带的地址。紧接着把这个地址赋值给引用a。



这里补充一个知识点，一个对象占用的内存，是固定的。



先说数组，每种数据类型的数据，占用的内存大小是固定的，数组的长度也是创建的时候就确定的，所以一个数组，占用的内存就是数据类型大小 x 数组长度。当然，还有多位数组，但是我们说过，多维数组里，出了最低的一个维，其余的都是引用而已，指向低一个维度的数组对象引用。所以无论是多少维的数组，占用的内存都是一样的。



再说普通的类的对象。讲方法区的时候说过，方法字节码的数据，静态数据，变量定义等数据都在方法区里。那么一个对象占用的额外的数据，其实也就是成员变量。一个类里有几个成员变量是固定的。如果一个类就一个long，一个int，一个String引用，一个类A的引用，那么一个类应该占用多少内存呢？long 8 + int 4 + 引用 4 * 2 = 20个字节。当然每个对象还有一些额外的内存占用，这个所有的对象都是一样的，我们按下不表。可能还有一个问题没相同，就是那俩引用类型。这里我们要理解，String和类A的引用，其实是个引用，而不是对象本身。比如说类A的引用这个成员变量，这个引用可以指向A类的实例，A类的实例占用多少内存，这包含这个引用的对象没关系。当然A类的实例也可以是null，但是null也占内存。总言之，一个类的对象占用多少内存是固定的。



总结一下，堆就是给对象分配内存。堆里的数据可以通过内存地址访问。视频课里，我们说内存堆是挂满小本子的公告板，其实也是一个意思，小本子就是一段纸带，公告板的意思就是，这个纸带有地址，能根据地址访问。



方法栈（Stack）



好，说完了内存堆，剩下就是执行代码了。执行方法需要的内存，都是在栈里分配的。栈，就是stack，是一种先进后出的数据结构。就好像摞盘子一样，最先摞的最后拿出来，最后摞的最先拿出来。



执行方法需要什么内存呢？参数和局部变量。每次执行一个方法，都要为这个方法的执行创建其中定义的参数和局部变量。



那么这里我们再来想通一个事情。那就是每次执行一个方法，占用的内存都是一样的。因为一个方法的参数和定义的局部变量的数量是一样的。可能有一个疑问就是，循环中定义的局部变量怎么办？其实细想，循环中定义的变量，其实是被重用的。一个for循环，里面定义了一个 int 变量。无论循环多少次，新的循环开始的时候，就可以重用之前定义的变量占用的内存，因为一个循环一旦结束，它占用的内存就没用了，可以被下次循环重新使用。



Stack的这个先进后出的特性，和方法调用时一样的。比如m1方法调用m2方法，m2方法调用m3方法，那么过程会是这样的。



1. 先调用m1，根据m1的代码，确定m1执行的时候需要多少内存，在栈上分配相应大小的内存供m1执行使用，同时将分配的内存进栈；

2. 执行过程中调用了m2，同样的过程，在栈上分配m2需要的内存，然后内存进栈；

3. 执行m2的时候，m2调用m3，还是分配m3需要的内存，然后内存进栈。

4. 好了，m3执行完毕，释放m3占用的内存（内存出栈），然后是m2继续执行，执行完毕内存释放，最后是m1执行，执行完毕内存释放



那么，如何访问栈上内存呢？既然每个方法执行需要的内存都是固定的，那么在分配的这一截内存上，每个变量的地址都是固定的。正所谓冥冥中自有定数，正是此意。所以这个和堆上的内存是不一样的。堆上的内存需要根据引用，找到堆上对应的对象，然后每个成员变量对应的内存地址，也都是冥冥中自有定数了。



举个栗子🌰



@Geek_6ed9a9同学问：

老师，我有一个疑问，比如int a，它指向的是一片32位的存储空间，它需要两个约束，一个是首地址，一个是长度信息，那么这两个信息存储在哪里？



答案如下：



简单来说，这里面有个编译，链接的过程。不能简单的认为int a就直接被计算机映射到一个内存地址。首地址和类型信息都是在编译和链接的时候确定的。



Java是无法单独给int a分配内存的。要么在堆上，比如说是某个对象的成员属性。要么在栈上，比如说是某个局部变量（或者参数）。



其实我们看到的int a，实际上地址并不是直接存储的。如果你有幸没有学过汇编（我不是开玩笑的），那么我告诉你我也忘的差不多的一点汇编知识。计算机在寻址（寻找内存的地址）时，有很多种方式，比如基址变址寻址，就是在一个基本地址之上，加上一个偏移量。



假设a是一个对象m的一个成员变量。我们知道m是个引用，保存着对象的地址。那么m.a就是在m这个对象地址的基础上（基址），加上一个偏移量（变址），就找到a的地址啦。（注意：汇编忘记的差不多了，大概是这么个意思不会错的。）



至于a的类型，以及加上的偏移量是多少，这些都是在编译和链接的过程中确定的。也就是说，我们写代码写的是m.a，而编译链接之后，在执行的时候：



我们写的m.a，就 = 计算机的：m这个地址，再加上128，从这个地址取出4个连续的字节，当作是个int。



你也可以认为这就是编译器和链接做的事情，把我们的m.a翻译成了后面计算机执行的这几个连续动作。



如果a是个局部变量，那么过程也差不多。当然，Java虚拟机有很多个字节码就是用来操作局部变量的，进栈出栈（push，pop）什么的，过程更曲折一点。。简单来说，编译和链接之后执行的代码，只是完成了我们源代码所让其完成的操作，但是过程要复杂很多。





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