JVM中内存分配策略及堆和栈的比较

最近愈发对JVM底层的运行 原理产生了兴趣，遂查阅相关资料以备忘。

内存分配策略

根据编译原理的观点，程序运行时的内存分配，有三种策略，分别为静态的、堆式的、栈式的。
静态存储分配指的是在编译时就能确定每个数据目标在运行时的存储空间需求，因而在编译时就给它们分配了固定的内存空间。这种分配方式要求程序代码中不能有可变数据结构(例如可变数组)的存在，也不允许有嵌套或者递归的结构出现，因为它们都会导致编译时编译程序无法准确计算所需的存储空间大小。
栈式存储分配也可以成为动态存储分配，是由一个类似于堆栈的运行栈来实现的。和静态存储分配相反，在栈式分配方案中，程序对于存储空间的需要在编译时是未知的，只有在运行的时候才能知道。但是规定在运行进入一个程序模块时，必须要知道该程序模块所需的数据区大小才能为其分配内存。同我们日常了解的栈一致，栈式存储分配遵照先进后出的原则进行分配。
堆式存储分配专门负责在编译时或运行时程序模块入口处都无法确定存储要求的数据结构的分配，比如可变长度串和对象实例。堆内存由大片的可利用块或空闲块组成，堆中的内存也可以根据任意的顺序进行分配和释放。

堆和栈的比较

从通俗化的角度来说，堆是用来存放对象的，栈是用来存放执行程序的
在编程中，例如在C/C++中，所有的方法调用都是通过栈来进行的，所有的局部变量、形式参数也都是通过栈来分配内存的。使用的时候，根据栈的工作原理，从栈顶向上用即可，Stack Pointer会自动指引程序到存储位置，程序只需要进行存储即可。退出函数的时候，修改栈指针即可将栈中存储的内容销毁。这种模块速度最快，适合用户存储执行程序。但是应当注意的是，在进行内存分配是，比如为一个即将要调用的程序模块分配数据区时，应当实现知道这个所需数据区的大小，也就是说虽然分配工作是在运行程序的时候进行的，但是分配的大小是在运行程序之前就知道的，这个是编译时确定的，而不是运行时。
堆是应用程序在运行过程中请求操作系统给分配的内存，由于是操作系统管理的内存分配，所以在分配和销毁是都需要占用时间，因此堆的工作效率比较低。但是堆的优点在于，编译器不需要知道从堆中分配了多少的内存空间，也不需要知道存储的数据要在堆中停留多长的时间，这也就使得用堆来保存数据有着更大的灵活性。事实上，面向对象的多态性的实现，堆内存的分配必不可少，因为多态对象所需的数据区大小只有在运行时确定了对象以后才能知道。在java中，创建对象只需要使用new关键字即可，执行这些代码时，就会在堆中自动进行数据的保存。也就是因为这种灵活分配存储空间的特性，堆内存分配的工作效率不高。

JVM中的堆和栈

堆和栈都是java用来在内存中存放数据的地方，与C++不同的是，java自动管理堆和栈，程序员不能自行设置堆和栈。
java中的堆就是运行时存储数据的区域，类的实例对象可以通过new、new Array等指令建立从中分配空间，这些空间不需要程序代码来显式释放。堆是由jvm自动垃圾回收器负责的，堆的优势是可以动态的分配内存大小，生存周期也不用实现告诉编译器，因为空间是在运行时动态进行内存分配的。如果堆中的数据确认为垃圾，则jvm的自动垃圾回收器汇自动回收相应的空间。但是缺点是，由于实在运行时动态进行空间分配，存取速度较慢。
栈的优势是：存取的速度都比堆要快，仅次于寄存器。栈数据可以共享，但是缺点时，栈空间中的数据大小和生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈主要存放一些基本类型的变量int, short, long, byte, float, double, boolean, char和对象句柄。
栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义：

int a = 3;

int b = 3;

编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找栈中是否有3这个值，如果没找到，就将3存放进来，然后将a指向3。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后，因为在栈中已经有3这个值，便将b直接指向3。这样，就出现了a与b同时均指向3的情况。这时，如果再令a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4值，如果没有，则将4存放进来，并令a指向4;如果已经有了，则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的，因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的，它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，会影响到另一个对象引用变量。

参考：https://www.jianshu.com/p/947a76e2ddbc