【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：

int p1=1000;
static  int p2=1000;
public void myTest(){
System.err.println("****************Integer*********************");
int i1=1000;
int i2=1000;
Integer i3=1000;
Integer i4=1000;
Integer i5=100;
Integer i6=100;
Integer i7=new Integer(1000);
Integer i8=new Integer(1000);
System.err.println(i1==p1);  //true(输出结果)   1（编号，便于分析）
System.err.println(i1==p2);  //true                  2
System.err.println(i1==i2);  //true                   3
System.err.println(i3==i4);  //false                  4
System.err.println(i5==i6);  //true                   5
System.err.println(i7==i8);  //false                  6
System.err.println(i1==i3);  //true                   7
System.err.println(i1==i7);  //true                   8
System.err.println(i3==i7);  //false                  9
System.err.println("****************Integer*********************");
}

 

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： 

/**
* @param  i an <code>int</code> value.
     * @return a <tt>Integer</tt> instance representing <tt>i</tt>.
     * @since  1.5
     */
    public static Integer valueOf(int i) {
        if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + 128];
        else
            return new Integer(i);
    }

 

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：

       System.err.println("****************string*********************");
 String s1="abc";
 String s2="abc";
 String s3=new String("abc");
 String s4=new String("abc");
 System.err.println(s1==s2);//true （输出结果） 1（编号）
 System.err.println(s3==s4);//false                   2
 System.err.println(s1==s3);//false                    3

 String a = "abc";
String b = "ab";
String c = b + "c";
System.err.println(a==c);//false                         4

 String s5 = "123";
 final String s6="12";
 String s7=s6+"3";
 System.err.println(s5 == s7);//true                     5
 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：

 

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    private final int offset;

    /** The count is the number of characters in the String. */
    private final int count;
  //••••••••••••••••••••

 

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：

              StringBuffer b = new StringBuffer("abc");
long t3 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    b = b.append("def");
}
long t4 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:" + (t4 - t3));
System.out.println("*************************************");
StringBuilder c = new StringBuilder("abc");
long t5 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    c = c.append("def");
}
long t6 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:" + (t6 - t5));
System.out.println("*************************************");
String S1 = "abc";
long t1 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    S1 += "def";
}
long t2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("10000次拼接，String所花时间为:" + (t2 - t1));

 

实验结果为：

 

1000000次拼接，StringBuffer所花时间为:203
*************************************
1000000次拼接，StringBuilder所花时间为:79
*************************************
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：

 

public class VariableTest {
public static void main(String[] args) {
VariableTest t = new VariableTest();
        t.test();
    }

    class Point {
        int x;
        String y;
        StringBuffer sb;
                public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {
            this.x = x;
            this.y = y;
            this.sb = sb;
        }
    }

    public void test() {
        int i = 1;
        String str = "abc";
        StringBuffer bs = new StringBuffer("abc");
        Point p = new Point(1, "2", new StringBuffer("abc"));
        System.out.println("***********函数调用之前****************");
        System.out.println("i为：" + i);
        System.out.println("str为：" + str);
        System.out.println("bs为：" + bs);
        System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y
                + "       p的sb为：" + p.sb);
        change(i, str, bs, p);
        System.out.println("***********函数调用之后****************");
        System.out.println("i为：" + i);
        System.out.println("str为：" + str);
        System.out.println("bs为：" + bs);
        System.out.println("p的x为：" + p.x + "         p的y为：" + p.y
                + "       p的sb为：" + p.sb);
    }

    public void change(int p1, String p2, StringBuffer p3, Point p4) {
        p1 = 2;
        p2 = "I have changed!";
        p3 = p3.append("  I have changed!");
        p4.x = 5;
        p4.y = "I have changed!";
        p4.sb = p4.sb.append("  I have changed!");
    }

}

 

输出结果为：

 

***********函数调用之前****************
i为：1
str为：abc
bs为：abc
p的x为：1         p的y为：2       p的sb为：abc
***********函数调用之后****************
i为：1
str为：abc
bs为：abc  I have changed!
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：

 

public class CloneTest {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Point p1 = new CloneTest().new Point(1, "abc", new StringBuffer("def"));//源对象
        Point p2=p1.clone();     //克隆对象
        System.out.println("*************源对象的值如下****************");
        System.out.println(p1.x);
        System.out.println(p1.y);
        System.out.println(p1.sb);
        System.out.println("************修改克隆对象的值*****************");
        p2.x=2;
        p2.y="ddddddd";
        p2.sb=p2.sb.append("dfsfdsfsd");
        System.out.println("************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************");
        System.out.println(p1.x);
        System.out.println(p1.y);
        System.out.println(p1.sb);
    }

    /**
     * 内部类，用于克隆实验
     */
    class Point  implements Cloneable{
        int x;
        String y;
        StringBuffer sb;
        //构造方法
        public Point(int x, String y, StringBuffer sb) {
            this.x = x;
            this.y = y;
            this.sb = sb;
        }

        /**
         * 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
         * 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
         * 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
         * 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
         */
                 public Point clone(){
            Point o=null;
            try {
                o = (Point)super.clone();
                //o.sb=new StringBuffer();       //实现深度克隆
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }           return o;
        }
}
}

 

这时的运行结果如下，很显然是浅克隆。

 

*************源对象的值如下****************
1
abc
def
************修改克隆对象的值*****************
************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************
1
abc
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：

 

*************源对象的值如下****************
1
abc
def
************修改克隆对象的值*****************
************修改克隆对象的值后 ，源对象的值如下*****************
1
abc
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：

 

              /**
 * 采用序列化的方式实现深度克隆
 */
public Point deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
//将对象写入流中
ByteArrayOutputStream bs=   new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(bs);
os.writeObject(this);
              //从流中读取对象
ByteArrayInputStream is=   new  ByteArrayInputStream(bs.toByteArray());
ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(is);
return (Point) ois.readObject();
}

 

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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