導(dǎo)言：

在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，我們第一了解到了?；蚨褩?，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么呢？先進(jìn)后出，它的特點(diǎn)有什么用呢？我們?cè)谀睦锟梢允褂玫綏＝Y(jié)構(gòu)，棧結(jié)構(gòu)那么簡(jiǎn)單，使用這么久了為什么不用其它結(jié)構(gòu)替代？

一.程序在內(nèi)存中的分布

作為一個(gè)程序猿，我們應(yīng)該會(huì)常常跟代碼打交道，那么我們所編寫的程序或代碼，是怎么跑起來的，操作系統(tǒng)怎么調(diào)用的，怎么劃分的我們可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖來了解一下：

在圖片中，把我們的內(nèi)存一共分為了兩個(gè)部分，一個(gè)是操作系統(tǒng)的內(nèi)核區(qū)，另外一個(gè)就是用戶區(qū)

對(duì)于操作系統(tǒng)：?操作系統(tǒng)（英語：Operating System，縮寫：OS）是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的系統(tǒng)軟件，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。操作系統(tǒng)需要處理如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入與輸出設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事務(wù)。操作系統(tǒng)也提供一個(gè)讓用戶與系統(tǒng)交互的操作界面。

操作系統(tǒng)內(nèi)核要負(fù)責(zé)：程序調(diào)用，驅(qū)動(dòng)調(diào)用，內(nèi)存管理和分配，有興趣可以學(xué)學(xué)操作系統(tǒng)，我們這里主要是看看用戶內(nèi)存區(qū)

用戶內(nèi)存區(qū)主要是用戶對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，計(jì)算機(jī)要做出相應(yīng)的操作，用戶區(qū)也是我們最大化操作計(jì)算機(jī)的地方，啟動(dòng)一個(gè)APP，打開網(wǎng)站，鼠標(biāo)單擊，Linux中的一次 dir指令等等，都是我們?nèi)?，用戶在進(jìn)行操作和管理

我們寫的程序或代碼也是運(yùn)行在用戶空間上的

程序在用戶空間上加載出來六個(gè)部分：

• 代碼段
• 只讀數(shù)據(jù)段
• 初始化數(shù)據(jù)段
• 未初始化數(shù)據(jù)段
• heap堆
• stack棧

代碼段：就是我們寫的源生的一些語言指令，在操作系統(tǒng)也可以叫做臨界區(qū)，他在運(yùn)行是不可改變的，又是純的

只讀數(shù)據(jù)段：就是我們?cè)诔绦蛑袑懙囊恍┏Ａ?，比如c或Java中使用const修飾的變量，它們是全局唯一且不可變的，包括語言本省有一些自定義的宏都是不可變的

初始化和未初始化的數(shù)據(jù)段：都是一些申請(qǐng)的全局變量，有些是未初始化的，有些是初始化的，在程序運(yùn)行的時(shí)候就會(huì)被調(diào)用，都是數(shù)據(jù)段范圍

heap堆：這就是我們的重點(diǎn)了，它的作用是動(dòng)態(tài)申請(qǐng)空間的程序存放的地方，比如Java中我們new了一個(gè)對(duì)象，對(duì)象都存放在堆中的，還有c語言中malloc函數(shù)，它們所申請(qǐng)的東西都是存放在堆中的

stack棧：這是程序運(yùn)行時(shí)被調(diào)用最頻繁的了，它的結(jié)構(gòu)很適合存儲(chǔ)不長(zhǎng)時(shí)間存在的變量，以及斷點(diǎn)記錄，每當(dāng)一個(gè)函數(shù)執(zhí)行完，它就會(huì)釋放此次函數(shù)所產(chǎn)生的空間

補(bǔ)充：

我們仔細(xì)去看看圖片就會(huì)發(fā)現(xiàn)，堆空間是向上擴(kuò)張的，?？臻g是向下擴(kuò)張的，除了這兩個(gè)空間，其它的空間都是靜態(tài)資源，即在編譯時(shí)分配的空間在執(zhí)行的時(shí)候所需的空間還是那么大

?？臻g是緊貼內(nèi)核區(qū)的，因?yàn)闂Ｔ诔绦蜻\(yùn)行時(shí)本身就需要大量的操作，即使在內(nèi)存中，把數(shù)據(jù)送到cpu或內(nèi)核都是要開銷的，所以為了使計(jì)算機(jī)可以快起來，棧作為操作多的結(jié)構(gòu)就被選擇緊貼內(nèi)核

堆中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)普遍都很大，包括對(duì)象這些操作集合，它們兩者都向中間靠，會(huì)不會(huì)相遇呢？其實(shí)中間的數(shù)據(jù)區(qū)空間是很大的，絕大多數(shù)情況不會(huì)

棧中存儲(chǔ)的都是值類型，指針也是值類型

二.JVM中的內(nèi)存模型

內(nèi)存模型分析

?在JVM中，

?？臻g，負(fù)責(zé)的就是存放著函數(shù)調(diào)用產(chǎn)生的局部變量，每當(dāng)一個(gè)函數(shù)被調(diào)用它所產(chǎn)生的內(nèi)存開銷都會(huì)在棧中，隨著函數(shù)的結(jié)束會(huì)被銷毀，但是我們知道，在函數(shù)執(zhí)行的時(shí)候會(huì)有對(duì)象的創(chuàng)建，對(duì)象大多數(shù)情況都是存在堆空間的，

那么函數(shù)怎么執(zhí)行對(duì)象呢？其實(shí)它會(huì)在棧中存放一個(gè)指針，用于指向某個(gè)對(duì)象，在棧中存在的是一個(gè)鏈接地址

堆空間是共有的，也就是一個(gè)線程創(chuàng)建出來的對(duì)象，另外一個(gè)對(duì)象可以繼續(xù)調(diào)用，對(duì)空間的執(zhí)行結(jié)構(gòu)就比棧更加復(fù)雜，它伴隨著內(nèi)存清理，堆空間的對(duì)象一旦不使用了就會(huì)被jvm的GC機(jī)制給清理掉，它和C語言的free（）釋放空間一樣，都是對(duì)堆空間進(jìn)行操作，由于棧空間會(huì)被系統(tǒng)接管，所以很少有對(duì)棧空間的操作

本地方法棧，其實(shí)和Java語言沒什么關(guān)系，它是用于其它語言和Java兼容的，我們導(dǎo)入了其它語言的方法，就會(huì)被存在這里，包括C++等，jvm就是c++寫出來的，它交由jvm執(zhí)行而專門設(shè)置的一個(gè)棧

程序計(jì)數(shù)器，就和它的名字一樣，它是用來記錄程序執(zhí)行到那個(gè)位置的，它的所占空間需求很小，它會(huì)對(duì)?？臻g的函數(shù)開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行記錄

方法區(qū)，它是具體的實(shí)現(xiàn)，也是我們自定義的一些靜態(tài)方法存儲(chǔ)的地方，與之對(duì)應(yīng)還有一個(gè)元空間的東西，它和方法區(qū)的區(qū)別就是，方法區(qū)注重編寫接口，而元空間注重實(shí)現(xiàn)這些接口，在jdk1.8以前元空間是在堆空間的一塊區(qū)域，1.8以后就把它從堆空間中獨(dú)立出來了

?？臻g（線程私有）

?我們可以看到一次函數(shù)執(zhí)行中，從括號(hào)開始，就會(huì)為傳進(jìn)來的參數(shù)創(chuàng)建空間，如果函數(shù)內(nèi)部有單獨(dú)聲明的變量，在這時(shí)候也會(huì)去申請(qǐng)空間

函數(shù)的計(jì)算階段，沒有額外的內(nèi)存開銷，如果對(duì)已有的變量進(jìn)行賦值，也是在開始創(chuàng)建的空間上完成覆蓋，這里a = 11進(jìn)行賦值，其實(shí)這個(gè)a去覆蓋了剛開始傳進(jìn)來空間開辟的a =10，所以沒有額外的空間開銷

當(dāng)遇到調(diào)用函數(shù)的結(jié)束大括號(hào) } 時(shí)，就會(huì)結(jié)束函數(shù)，相應(yīng)的在棧空間內(nèi)就會(huì)刪除相應(yīng)的在函數(shù)運(yùn)行時(shí)開辟的空間，所以一次調(diào)用完成以后，就像最左邊一樣，棧內(nèi)的空間就僅有主函數(shù)了

我們可以看看函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果：

?我們?cè)趂un函數(shù)不是把值已經(jīng)改變成11了嘛，為什么主函數(shù)打印最后執(zhí)行還是輸出自己定義的a = 10呢？

這就是棧空間的特點(diǎn)，基于這個(gè)特點(diǎn)，我們可以很容易就實(shí)現(xiàn)了局部變量和全局變量，我們來細(xì)細(xì)的品一下這段代碼內(nèi)存的分布：

?從這個(gè)實(shí)例中我們可換一種思維來理解局部變量，或者說全局變量和局部變量本意上都是一樣的，在棧中也具有同等地位，不同的是局部變量的特點(diǎn)是朝生夕死的，而全局變量在棧中活到了最后

這也是為什么靜態(tài)變量，常量一般都是全局作用域，它們?cè)诔绦蜷_始的時(shí)候就已經(jīng)被壓到棧內(nèi)了，棧的特點(diǎn)是先進(jìn)后出，也就是說要把常量和靜態(tài)資源拿出來需要把絕大部分的變量方法和參數(shù)都要拿出來，符合這種情況的就只有程序快結(jié)束的時(shí)候，主函數(shù)也到了大括號(hào) }?

每執(zhí)行完成一個(gè)函數(shù)就刪除它所開辟的空間，對(duì)內(nèi)存利用的效率也是很高的

堆空間（程序公共訪問）

不同于?？臻g的線程私有，所在堆中的對(duì)象都可以被任何棧中指針訪問，棧結(jié)構(gòu)總歸是有序的，但是堆空間是無序存儲(chǔ)的，不像?？臻g有先進(jìn)后出這一特點(diǎn)

對(duì)象在堆空間中如果內(nèi)部屬性為基本變量，就會(huì)是自己就是一個(gè)實(shí)體，但是如果內(nèi)部屬性涵蓋了其它對(duì)象，它會(huì)以一個(gè)指針的形式去指向那個(gè)對(duì)象，如果對(duì)象存在，否則再去自己造一個(gè)對(duì)象指向它，很顯然是為了減少對(duì)象頻繁構(gòu)建的大量開銷

?我們可以看到圖中，id=1是直接賦值到自己的person對(duì)象內(nèi)部的，但是String類型的卻是用指針指向，因?yàn)镾tring也是一個(gè)對(duì)象，不是基本類型，對(duì)象都會(huì)以指針的形式去指向

且堆空間是公用的，也就是我們person對(duì)象執(zhí)行完成以后，其它對(duì)象需要用到String對(duì)象的時(shí)候，會(huì)直接鏈向這兩個(gè)String，而不是自己去創(chuàng)建

可能這些鏈接來自于不同的私有棧，但是都是可以的，對(duì)于堆的清理，我們就要知道jvm的GC機(jī)制了，它是專門負(fù)責(zé)清理堆中不會(huì)再使用的對(duì)象的，會(huì)使用到的對(duì)象還是一樣的會(huì)繼續(xù)存放再堆空間中

棧和堆與對(duì)象的關(guān)系

既然對(duì)象和變量是分別存在堆和棧中的，我們?cè)诤瘮?shù)執(zhí)行的時(shí)候主要還是對(duì)棧操作，那么當(dāng)棧中需要使用到對(duì)象的時(shí)候怎么辦呢？

?如圖，因?yàn)闂Ｖ兄淮鎯?chǔ)基本類型，所以使用棧要使用對(duì)象的時(shí)候，它會(huì)用一個(gè)指針去指向堆中的對(duì)象，一般對(duì)象的大小是不確定的，每個(gè)對(duì)象有它自己的大小，所以棧中存儲(chǔ)指針是基本類型它和int大小是一樣的，對(duì)棧的管理也更進(jìn)一步

值得注意的是，當(dāng)棧中開辟的函數(shù)空間被清理了以后，堆中的空間不會(huì)立馬被清理，可能其它的棧正在調(diào)用，或者還沒有觸發(fā)jvm的GC機(jī)制

這樣的設(shè)定又變相的解決了堆中對(duì)象的共享問題

省流：?？臻g中存儲(chǔ)的都是值類型，指針也是值類型，而堆中存儲(chǔ)的都是對(duì)象

三.JVM的GC機(jī)制（堆特別篇）

我們從jvm的內(nèi)存模型中分析了，堆的中產(chǎn)生的對(duì)象在一個(gè)棧使用完了以后不會(huì)立即清理，而是要等到GC機(jī)制來清理，我們就來看看GC機(jī)制是怎么清理的

• 首先我們得知道什么樣的情況可以清理

1. 正在使用的不能清理
2. 間接被其它對(duì)象調(diào)用的不能清理
3. 本地方法棧和方法區(qū)（元空間）的對(duì)象不能清理

除了這些情況其它都是可以清理的，這樣GC機(jī)制就會(huì)啟動(dòng)去清理這些不在此范圍內(nèi)的對(duì)象

清理方案（三種）

1.標(biāo)記清理

標(biāo)記清理指的是GC對(duì)堆中的對(duì)象先進(jìn)行掃描，那些對(duì)象沒有用了可以清理的就打上標(biāo)記，然后掃描完了統(tǒng)一清理有標(biāo)記的

?這種方式執(zhí)行起來簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)邏輯清楚，但是有個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，在刪除完成后，會(huì)有內(nèi)碎片，相信學(xué)過操作系統(tǒng)的堆內(nèi)碎片一定很熟悉，尤其是程序的對(duì)象不一，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)碎片越來越多

2.標(biāo)記整理

標(biāo)記整理是基于標(biāo)記清理實(shí)現(xiàn)的，它在清理完成以后會(huì)把對(duì)象的位置向前移動(dòng)，使得后面可以空出來大片區(qū)域

?標(biāo)記整理的方式，的確非常符合我們對(duì)堆空間的清理，但是它的開銷很大，每次清理都伴隨著大量的移動(dòng)

3.分區(qū)復(fù)制

?分區(qū)指的是把堆空間分為兩個(gè)部分，在進(jìn)行清理標(biāo)記的時(shí)候，把沒有標(biāo)記的分到另外一個(gè)半?yún)^(qū)，表示對(duì)象還在使用，然后把此半?yún)^(qū)的全部清理掉，以供它們交替工作

?分區(qū)復(fù)制的缺點(diǎn)也很明顯，它需要兩倍的內(nèi)存，開銷也是非常大的

JVM中的GC機(jī)制

那么在jvm中，它的對(duì)象清理機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的呢？肯定比上面三種更合理

?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-471022.html

?jvm中的堆空間大致被分為了兩個(gè)比較大的部分，一個(gè)是老年代，即old，一個(gè)是年輕代，即young

年輕代中裝的是E區(qū)和S區(qū)，E區(qū)即Eden，想必大家都很熟悉，就是伊甸園的意思，是亞當(dāng)和夏娃偷食禁果產(chǎn)生新生命的地方，在jvm中也是一樣的每個(gè)新new出來的對(duì)象都是出生在E區(qū)的，S區(qū)對(duì)應(yīng)的就是Survivor，即幸存的意思

老年代中裝的是在S區(qū)存活6次都沒被清理掉的對(duì)象，因?yàn)殚_發(fā)者認(rèn)為6次都沒被清理掉，說明這個(gè)對(duì)象可能會(huì)存活更久或者存活到到最后

young區(qū)工作過程

?我們知道了E區(qū)是裝載新對(duì)象的地方，當(dāng)Eden區(qū)快要裝滿時(shí)，觸發(fā)GC的時(shí)候，就會(huì)有一次掃描標(biāo)記，然后將沒有標(biāo)記的復(fù)制到S區(qū)中區(qū)，表示存活的對(duì)象，然后清理全部的E區(qū)和另外的一個(gè)S區(qū)，我們有兩個(gè)S區(qū)其實(shí)是交替工作的，這次復(fù)制到S0區(qū)，下次必復(fù)制到S1區(qū)，

E區(qū)要滿的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)youngGC因?yàn)槭窃趛oung區(qū)觸發(fā) 的也很好理解，每一次復(fù)制都會(huì)有一個(gè)年齡標(biāo)志，當(dāng)一個(gè)對(duì)象達(dá)到6歲的時(shí)候就會(huì)被復(fù)制到old區(qū)中區(qū)，表示它會(huì)存活更長(zhǎng)或者存活到最后

我們可以看到S區(qū)比E區(qū)要小，其實(shí)在JVM的設(shè)定中S0：S1：E 是 1：1：8，也就是E區(qū)要比S區(qū)大很多，這是因?yàn)閷?duì)象也滿足朝生夕死的特點(diǎn)，每次觸發(fā)GC的時(shí)候大部分的對(duì)象都會(huì)被標(biāo)記清理

補(bǔ)充：

還有一個(gè)FullGC，指的是old區(qū)要滿的時(shí)候觸發(fā)的，old區(qū)要是滿了，會(huì)造成程序異常終止，JVM會(huì)專門來處理FullGC，同時(shí)會(huì)順帶的觸發(fā)youngGC，所以每次FullGC必youngGC，但是一般不會(huì)FullGC，因?yàn)閛ld區(qū)很大，

FullGC的清理方式是標(biāo)記整理，也就是那三種清理方法的前兩種，而youngGC是復(fù)制也就是第三種清理方法，youngGC是專門為對(duì)象的朝生夕死而設(shè)計(jì)的

JVM中的垃圾收集器（了解）

由于我們的堆是有兩部分構(gòu)成的，老年代和年輕代，所以垃圾收集器也是分別有兩種：

解釋：?

Serial是單線程的移動(dòng)復(fù)制用于young區(qū)，與之對(duì)應(yīng)的就是Serial? Old 是標(biāo)記整理用于old區(qū)，會(huì)發(fā)生STW

PawNew是多線程的移動(dòng)復(fù)制和Serial其它都一樣，而CMS則是服務(wù)器段old區(qū)使用最多的垃圾回收器他不會(huì)造成STW

parallel Scavenge 則是更注重吞吐量，在客戶端使用最多的就是它，單次執(zhí)行很滿，但整體的效率很高，與之對(duì)應(yīng)就是old區(qū)的Parallel? Old

?注：STW指的是stop-the-world，簡(jiǎn)稱 STW，指的是 GC 事件發(fā)生過程中，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)用程序的停頓。停頓產(chǎn)生時(shí)整個(gè)應(yīng)用程序線程都會(huì)被暫停，沒有任何響應(yīng)，有點(diǎn)像卡死的感覺，這個(gè)停頓稱為 STW。

由于young區(qū)的空間小，所以STW時(shí)間短，但是old區(qū)要是發(fā)生了GC，STW停頓時(shí)間很長(zhǎng)，這也是服務(wù)器端為什么要使用CMS的原因，它不會(huì)發(fā)生STW現(xiàn)象，因?yàn)樗捎玫氖菢?biāo)記清理，但是缺點(diǎn)我們也知道，會(huì)有內(nèi)碎片

young區(qū)的算法都是移動(dòng)復(fù)制，就不用說了，并且會(huì)發(fā)生短暫的STW，我們可以著重看看CMS，這個(gè)服務(wù)器端常用的垃圾收集器

CMS：

1. 初次標(biāo)記，GCRoot對(duì)象，會(huì)發(fā)生STW
2. 并發(fā)標(biāo)記，所有old區(qū)的對(duì)象
3. 從新標(biāo)記，修正第二步（有可能在標(biāo)記的時(shí)候又產(chǎn)生了廢棄對(duì)象）會(huì)發(fā)生STW
4. 并發(fā)清理，標(biāo)記清理

此外，G1垃圾收集器是從jdk1.9開始沿用的，它對(duì)堆的劃分就不像這幾種那么規(guī)律了，它提出了一個(gè)堆空間的新型劃分概念，有興趣的朋友可以去了解一下

四.拓展

Java逃逸分析機(jī)制：

逃逸分析在jdk6以后是默認(rèn)開啟的

逃逸分析指的是它會(huì)分析對(duì)象如果是在當(dāng)前函數(shù)使用完了不存，因而改為在棧上申請(qǐng)空間，而棧運(yùn)行完就清理，所以不需要等GC，大大緩解了GC的壓力

如果不是當(dāng)前函數(shù)范圍則不會(huì)在棧上，而是在堆上申請(qǐng)

對(duì)象的大小計(jì)算：

?非數(shù)組對(duì)象，頭部大小是固定的12字節(jié)，數(shù)組對(duì)象則多了4字節(jié)為16字節(jié)

內(nèi)容會(huì)根據(jù)具體的基本類型和其它對(duì)象大小而定

如果我此對(duì)象中有兩個(gè)int變量，那么對(duì)象大小就是 12+8=20，但結(jié)果會(huì)是24，因?yàn)镴ava為了使對(duì)象在空間上對(duì)齊，會(huì)對(duì)不滿足8倍數(shù)的大小對(duì)象強(qiáng)制擴(kuò)大，24是8的倍數(shù)所以可以，

這里就會(huì)有個(gè)小tips，那你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)對(duì)象中兩個(gè)int型和三個(gè)int型的對(duì)象大小是一樣的

如果此對(duì)象的一個(gè)屬性是對(duì)象的的話，會(huì)取決于被引用對(duì)象的基本類型和它包含的其它對(duì)象

分析：

地址：是此對(duì)象在堆中的實(shí)際位置

標(biāo)記：記錄了hash值，是否有鎖，年齡（是否進(jìn)入old區(qū)使用的）

數(shù)組長(zhǎng)度：記錄了數(shù)組的下標(biāo)，這也是為什么數(shù)組對(duì)象長(zhǎng)度為一個(gè)int的大小，它們是等字節(jié)的

?

到了這里，關(guān)于《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》之棧和堆結(jié)構(gòu)及JVM簡(jiǎn)析的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！