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  • 【JAVA笔记——道】JAVA 基本类型内存探究

    TIP:真心够详细，五星MARK


    痴情研究java内存中的对象
    前记：
    几天前，在浏览网页时偶然的发现一道以前就看过很多遍的面试题，题目是：“请说出‘equals’和‘==’的区别”，当时我觉得我还是挺懂的，在心里答了一点（比如我们都知道的：‘==’比较两个引用是否指向同一个对象，‘equals’比较两个对象的内容），可是总觉得心里有点虚虚的，因为这句话好像太概括了，我也无法更深入地说出一些。于是看了几篇别人的技术博客，看完后我心里自信地说，我是真的懂了；后来根据我当时的理解，就在eclipse中敲了些代码验证一下，发现有些运行的结果和我预期的又不一样，怎么找原因都找不到，呵呵~，这时就感觉太伤自尊了，于是我觉得我真的还是不懂得，又去上网查找答案，呵呵，这个问题花了我整整三天的时间，现在想把我的一些总结写下来，以达到检测自己的目的，也欢迎大家浏览、批评、指正。
    注：本文不仅研究类类型的对象，还研究基本数据类型

     

    线索：
    我想采用实例代码驱动的方式来一步步地分析，这也符合我们探知新事物的过程。

     

    一、基本数据类型的内存分配


    代码1：

    Java代码  收藏代码
    1. int p1=1000;  
    2. static  int p2=1000;  
    3. public void myTest(){  
    4. System.err.println("****************Integer*********************");   
    5. int i1=1000;  
    6. int i2=1000;  
    7. Integer i3=1000;  
    8. Integer i4=1000;  
    9. Integer i5=100;  
    10. Integer i6=100;  
    11. Integer i7=new Integer(1000);  
    12. Integer i8=new Integer(1000);   
    13. System.err.println(i1==p1);  //true(输出结果)   1（编号，便于分析）  
    14. System.err.println(i1==p2);  //true                  2  
    15. System.err.println(i1==i2);  //true                   3  
    16. System.err.println(i3==i4);  //false                  4  
    17. System.err.println(i5==i6);  //true                   5  
    18. System.err.println(i7==i8);  //false                  6  
    19. System.err.println(i1==i3);  //true                   7  
    20. System.err.println(i1==i7);  //true                   8  
    21. System.err.println(i3==i7);  //false                  9  
    22. System.err.println("****************Integer*********************");  
    23. }  

     

    看到上面的输出结果，如果你还是有些不能理解的，那就耐心地接着看我的分析吧。

     

    分析：


    编号1：在java编译时期，当编译到“int p1=1000; ”时会在栈中压入1000，其实后面的p2,i1,i2都是指向这个1000，这样可以提高java的性能，所以编号1、编号2、编号3的输出结果都是true.其实char,float,double等基本数据类型都是这样的。


    编号2、编号3：同编号1


    编号4：这是java中的自动装箱机制，将基本数据类型int自动转为类类型Integer,这是jdk1.5以上才有的功能，jdk1.5以下编译时会报错。自动装箱时java底层会调用Integer.valueOf(int i)方法自动装箱，下面我们来看看Integer.valueOf(int i)的源码吧： 

    Java代码  收藏代码
    1. /**   
    2. * @param  i an <code>int</code> value. 
    3.      * @return a <tt>Integer</tt> instance representing <tt>i</tt>. 
    4.      * @since  1.5 
    5.      */  
    6.     public static Integer valueOf(int i) {  
    7.         if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)  
    8.             return IntegerCache.cache[i + 128];  
    9.         else  
    10.             return new Integer(i);  
    11.     }  

     

    注：分析源码我们知道IntegerCache.high其实就是127，在IntergerCache的静态块中定义的。

     

    源码的意思是当i的值在-128—127之间时会返回IntegerCache.cache[]中的对象，其他的新建一个Integer对象。其实Integer类是这样实现的：考虑到-128—127之间的对象经常使用，就在Integer创建时将值在-128—127之间的对象先创建好，放在池中，以后要使用时，这些对象就不用重新创建了，目的在于提高性能。其实这种机制在Character中也用到了，Character是创建ASCII在0—127之间的对象。补充说明：Integer创建的对象引用在栈中，对象的内容在堆区，栈中的值是堆中对象的地址。Character、Long、Short等包装类都是这样的。所以编号4的输出结果是false,因为值大于127，java新创建了一个对象。

     

    编号5：因为值在-128—127之间，所以两个引用指向的是堆区的同一个对象。


    编号6：当使用new创建对象时，都会新创建一个对象，即在栈中创建一个引用，在堆中创建该对象，引用指向对象。

     

    编号7：这种情况有些人可能会不太清楚，其实这是java的自动拆箱机制，当int和Integer发生操作时，Integer类型对象会自动拆箱成int值，这时比较的是两个int值，而我们前面分析了，int值都会指向常量池中的数据，所以，两者指向的是同一块空间。结果编号7输出true


    编号8：同编号7，也是Integer的自动拆箱。

     

    编号9：我想，分析了这么多，编号9不用我说，你也应该懂了，呵呵，这里就不赘述了哦~
    分析了这么多，终于第一块代码分析完了。

     

    二、String类型的内存分配


    大家都知道String类型是类类型，不过String类型是一个特殊的类类型，那它特殊在哪呢？
    代码2：

    Java代码  收藏代码
    1.        System.err.println("****************string*********************");     
    2.  String s1="abc";  
    3.  String s2="abc";  
    4.  String s3=new String("abc");  
    5.  String s4=new String("abc");  
    6.  System.err.println(s1==s2);//true （输出结果） 1（编号）  
    7.  System.err.println(s3==s4);//false                   2  
    8.  System.err.println(s1==s3);//false                    3  
    9.    
    10.  String a = "abc";     
    11. String b = "ab";     
    12. String c = b + "c";    
    13. System.err.println(a==c);//false                         4  
    14.   
    15.  String s5 = "123";   
    16.  final String s6="12";  
    17.  String s7=s6+"3";  
    18.  System.err.println(s5 == s7);//true                     5                
    19.  System.err.println("****************string*********************");  

     

    编号1：String类型是一个很特殊的类型，当我们使用String str=”abc”;这种定义方法时，”abc”会放入常量池中，以后如果再有定义String str2=”abc”时，其实str和str2指向的是常量池中同一个对象。而只有当使用new创建时才会每次都创建一个新的对象。（我觉得这是String类型和其他类类型的特殊之处）


    编号2、编号3：编号1已经分析了。


    编号4：执行到  String c = b + "c"; 这一句时，java底层会先创建一个StringBuilder对象，封装b,接着再加上“c”，最后再创建一个String对象，将StringBuilder中的值赋给该String对象，用c来指向它。.其实此时的c指向的对象已经不是a指向的对象了。


    编号5：当用final修饰后，s6就变为了常量，在常量池中创建“12”，当执行到String s7=s6+"3";时，编译器直接就把s6当成了“12”，s7此时就已是“123”，它指向常量池中的“123”，所以s5和s7指向的是同一个对象，输出为true。

     

    三、StringBuilder,StringBuffer,String的对比


       (一)String
    String类型的值是不可变的，听到这句话后可能你会有疑问，我们的String对象可以重新赋值呀，这里有两种情况，情况一：String str=”abc”; , 情况二：String str=new String(“abc”);采用情况一重新赋值时，java会先看常量池中有没有“abc”，如果有则直接指向它，如果没有，在编译时就创建一个常量放入常量池中；对于情况二：str则重新指向一个先创建的对象，该新对象在堆中。下面提出问题：为什么String是不可变的呢？我们来看看String的源码：

     

    Java代码  收藏代码
    1. public final class String  
    2.     implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence  
    3. {  
    4.     /** The value is used for character storage. */  
    5.     private final char value[];  
    6.   
    7.     /** The offset is the first index of the storage that is used. */  
    8.     private final int offset;  
    9.   
    10.     /** The count is the number of characters in the String. */  
    11.     private final int count;  
    12.   //••••••••••••••••••••  

     

    我们看到String类型是用一个用final修饰的char数组来存储字符串的，所以String类型是不可变的，（其实Short，Character，Long等包装类型也是这样实现的），根据上面对String类型的分析，如果要改变String的值，就要重新创建一个对象，这无疑性能会很差。为了优化String，sun公司添加了StringBuffer，在jdk1.5之后又添加了StringBuilder。


    （二）下面我们来分析一下StringBuffer 
    StringBuffer作为字符串缓冲类，当进行字符串拼接时，不会重新创建一个StringBuffer对象，而是直接在原有值后面添加，因为StringBuffer类继承了AbstractStringBuffer类，分析后者的源码后，我们发现存储字符串的char[]没有被final修饰。至于StringBuffer类是怎样扩充自己的长度的，我们可以参考它的append（）方法，这里不再赘述。不过一定要提出的是：StringBuffer是线程安全的，它的方法体是被synchronized修饰了的。

     

    （三）StringBuilder有是怎么样的呢？
    StringBuilder基本实现了StringBuffer的功能，最大的不同之处在于StringBuilder不是线程安全的。


    （四）String、StringBuffer、StringBuilder的性能比较
    代码三：


    Java代码  收藏代码
    1.               StringBuffer b = new StringBuffer("abc");  
    2. long t3 = System.currentTimeMillis();  
    3. for (int i = 0; i < 1000000; i++) {  
    4.     b = b.append("def");  
    5. }  
    6. long t4 = System.currentTimeMillis();  
    7. System.out.println("1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:" + (t4 - t3));  
    8. System.out.println("*************************************");  
    9. StringBuilder c = new StringBuilder("abc");  
    10. long t5 = System.currentTimeMillis();  
    11. for (int i = 0; i < 1000000; i++) {  
    12.     c = c.append("def");  
    13. }  
    14. long t6 = System.currentTimeMillis();  
    15. System.out.println("1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:" + (t6 - t5));  
    16. System.out.println("*************************************");  
    17. String S1 = "abc";  
    18. long t1 = System.currentTimeMillis();  
    19. for (int i = 0; i < 10000; i++) {  
    20.     S1 += "def";  
    21. }  
    22. long t2 = System.currentTimeMillis();  
    23. System.out.println("10000次拼接，String所花时间为:" + (t2 - t1));  

     

    实验结果为：

     

    Java代码  收藏代码
    1. 1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:203  
    2. *************************************  
    3. 1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:79  
    4. *************************************  
    5. 10000次拼接，String所花时间为:640  

     

    显然，StringBuilder的性能最好，String的性能最差，而且差很多；不过StringBuffer的线程安全性很好，性能也比较接近StringBuilder,所以我推荐的选择使用顺序为：StringBuffer>StringBuilder>String;

     

    四、java传参


    下面我们我看一段代码，不过有点长，请大家有点耐心哦~
    代码四：

     

    Java代码  收藏代码
    1. public class VariableTest {  
    2. public static void main(String[] args) {  
    3. VariableTest t = new VariableTest();  
    4.         t.test();  
    5.     }  
    6.   
    7.     class Point {  
    8.         int x;  
    9.         String y;  
    10.         StringBuffer sb;  
    11.                 public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {  
    12.             this.x = x;  
    13.             this.y = y;  
    14.             this.sb = sb;  
    15.         }  
    16.     }  
    17.   
    18.     public void test() {  
    19.         int i = 1;  
    20.         String str = "abc";  
    21.         StringBuffer bs = new StringBuffer("abc");  
    22.         Point p = new Point(1, "2", new StringBuffer("abc"));  
    23.         System.out.println("***********函数调用之前****************");  
    24.         System.out.println("i为：" + i);  
    25.         System.out.println("str为：" + str);  
    26.         System.out.println("bs为：" + bs);  
    27.         System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y  
    28.                 + "       p的sb为：" + p.sb);  
    29.         change(i, str, bs, p);  
    30.         System.out.println("***********函数调用之后****************");  
    31.         System.out.println("i为：" + i);  
    32.         System.out.println("str为：" + str);  
    33.         System.out.println("bs为：" + bs);  
    34.         System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y  
    35.                 + "       p的sb为：" + p.sb);  
    36.     }  
    37.   
    38.     public void change(int p1, String p2, StringBuffer p3, Point p4) {  
    39.         p1 = 2;  
    40.         p2 = "I have changed!";  
    41.         p3 = p3.append("  I have changed!");  
    42.         p4.x = 5;  
    43.         p4.y = "I have changed!";  
    44.         p4.sb = p4.sb.append("  I have changed!");  
    45.     }  
    46.   
    47. }  

     

    输出结果为：

     

    Java代码  收藏代码
    1. ***********函数调用之前****************  
    2. i为：1  
    3. str为：abc  
    4. bs为：abc  
    5. p的x为：1         p的y为：2       p的sb为：abc  
    6. ***********函数调用之后****************  
    7. i为：1  
    8. str为：abc  
    9. bs为：abc  I have changed!  
    10. p的x为：5         p的y为：I have changed!       p的sb为：abc  I have changed!  

     

    分析：
    这个例子我举得有点大，不过我觉得如果把我举得这个例子的参数传递完全搞懂了，你对java的参数传递过程就比较了解了。

    不过在分析之前，我想给大家java传参的一个思想：java只有值传递，没有引用传递，也没有指针传递。对于基本数据类型，java是直接传值，其实就是将形参指向栈中的那个值；对于类类型（比如String，StringBuffer，自定义类类型等）是传引用（在栈中）的值，也就是堆中对应对象的地址。这个在我认为也是值传递。

     

    下面我们开始分析test（）方法
    1、首先定义了int类型变量，int类型变量传入change（）方法是简单的值传递，这个大家都知道，所以就不说了；


    2、下面是String类型的变量，大家可能会想，String类型是类类型啊，当调用change方法后test方法中也应该会发生变化呀，呵呵，其实这时你忘了String类型是不可变的，因为它存储数据的char[]是用final修饰过的。当change方法中改变了p2的值后，其实p2指向的已经是另一块内存空间了。


    3、下面是StringBuffer类型，之前已说类类型传递变量的地址，所以bs和p3指向的是同一块内存空间，当p3重新赋值时，bs也会跟着变得。

    4、下面是自定义的类类型，我不想再用文字述说了，就用一个图来表示吧，我相信你现在可以自己分析了。
     

     

     

    五、java对象的克隆机制（以上概念的应用）


    概念引入：


    我相信大家都听过java中的“克隆”这个名词，在Object类中有一个本地化clone（）方法就是用来克隆对象的，其实我们自己也可以用new来克隆对象，但这样的效率会比较低。

    概念名词：


    浅度克隆：要克隆对象的属性如果是类类型变量，只在栈中创建一个该属性的新引用，指向源属性对象；如果是基本数据类型，我相信你懂得。


    深度克隆：对于类类型的属性，在栈中和堆中都重新开辟空间，创建一个全新的属性对象。

    其实Object中的clone（）方法就是一种浅度克隆，不过当我们重写该方法时一定要实现Cloneable接口，否则会报异常，代码验证如下： 
    代码五：

     

    Java代码  收藏代码
    1. public class CloneTest {  
    2.   
    3.     public static void main(String[] args) {  
    4.         // TODO Auto-generated method stub  
    5.         Point p1 = new CloneTest().new Point(1, "abc", new StringBuffer("def"));//源对象  
    6.         Point p2=p1.clone();     //克隆对象  
    7.         System.out.println("*************源对象的值如下****************");  
    8.         System.out.println(p1.x);  
    9.         System.out.println(p1.y);  
    10.         System.out.println(p1.sb);  
    11.         System.out.println("************修改克隆对象的值*****************");  
    12.         p2.x=2;  
    13.         p2.y="ddddddd";  
    14.         p2.sb=p2.sb.append("dfsfdsfsd");  
    15.         System.out.println("************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************");  
    16.         System.out.println(p1.x);  
    17.         System.out.println(p1.y);  
    18.         System.out.println(p1.sb);  
    19.     }  
    20.       
    21.     /** 
    22.      * 内部类，用于克隆实验 
    23.      */  
    24.     class Point  implements Cloneable{  
    25.         int x;  
    26.         String y;  
    27.         StringBuffer sb;  
    28.         //构造方法  
    29.         public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {  
    30.             this.x = x;  
    31.             this.y = y;  
    32.             this.sb = sb;  
    33.         }  
    34.           
    35.         /** 
    36.          * 重写Object类的clone方法，不过默认情况下只能浅克隆，不过我们可以给类类型的变量 
    37.          * 重新new一块空间实现深度克隆，String类型就不用了哦~ ，呵呵，如果你现在还不知道 
    38.          * 为什么，那就把博客再看一遍吧，我充分相信你会懂得，这里我不想再赘述了，总之要知道，String 
    39.          * 类型和其他的类类型总是有一些区别，看到现在我希望你可以总结出一些 
    40.          */       
    41.                  public Point clone(){  
    42.             Point o=null;  
    43.             try {  
    44.                 o = (Point)super.clone();  
    45.                 //o.sb=new StringBuffer();       //实现深度克隆  
    46.             } catch (CloneNotSupportedException e) {  
    47.                 // TODO Auto-generated catch block  
    48.                 e.printStackTrace();  
    49.             }           return o;  
    50.         }  
    51. }  
    52. }  

     

    这时的运行结果如下，很显然是浅克隆。

     

    Java代码  收藏代码
    1. *************源对象的值如下****************  
    2. 1  
    3. abc  
    4. def  
    5. ************修改克隆对象的值*****************  
    6. ************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************  
    7. 1  
    8. abc  
    9. defdfsfdsfsd  

     

    当我们把clone（）方法中的注释语句“//o.sb=new StringBuffer();    ”启用后，这就是深度克隆了哦，运行结果如下：

     

    Java代码  收藏代码
    1. *************源对象的值如下****************  
    2. 1  
    3. abc  
    4. def  
    5. ************修改克隆对象的值*****************  
    6. ************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************  
    7. 1  
    8. abc  
    9. def  

     

    上面实现深度克隆的方法是基于Object的clone（）方法的，其实我们也可以采用序列化的方式来实现深度克隆的，这样就不用重写clone（）方法了，我们给Point类添加一个deepClone方法,不过一定要让Point类实现Serializeble接口哦~，deepClone方法如下：

     

    Java代码  收藏代码
    1.               /** 
    2.  * 采用序列化的方式实现深度克隆    
    3.  */  
    4. public Point deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
    5. //将对象写入流中  
    6. ByteArrayOutputStream bs=   new ByteArrayOutputStream();  
    7. ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(bs);  
    8. os.writeObject(this);  
    9.               //从流中读取对象  
    10. ByteArrayInputStream is=   new  ByteArrayInputStream(bs.toByteArray());  
    11. ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);  
    12. return (Point) ois.readObject();  
    13. }  

     

    呵呵，通过这些实验，我想你对java的克隆机制还是比较了解了，具体的分析我也没有必要再说了。就到此为止吧•••

     

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