深入Java對(duì)象和元素的存儲(chǔ)區(qū)域

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在JAVA平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用程序的時(shí)候，有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是其是在應(yīng)用程序運(yùn)行的時(shí)候才建立對(duì)象。換句話說，在程序運(yùn)行的時(shí)候，才會(huì)最終確定對(duì)象的歸屬，即對(duì)象應(yīng)該存儲(chǔ)在什么地方。由于存儲(chǔ)在不同的區(qū)域，其在性能上會(huì)有所不同。為此作為Java程序開發(fā)人員需要了解各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的特點(diǎn)以及對(duì)性能的影響。然后再根據(jù)需要來調(diào)整應(yīng)用程序的區(qū)域分配?？偟膩碚f，在操作系統(tǒng)中有五個(gè)地方可以用來保存應(yīng)用程序運(yùn)行中的數(shù)據(jù)。這類區(qū)域的特點(diǎn)以及對(duì)性能的影響分析如下。    

存儲(chǔ)區(qū)域一：寄存器

雖然同在內(nèi)存中，但是不同的區(qū)域由于用途不同，其性能也有所不同。如就拿Java應(yīng)用程序來說，寄存器由于其處于處理器的內(nèi)部，為此這個(gè)區(qū)域存取數(shù)據(jù)最快。跟內(nèi)存中的其他存儲(chǔ)區(qū)域有著天壤之別。那么我們把所有對(duì)象都放到這個(gè)區(qū)域內(nèi)，不就可以提高Java應(yīng)用程序的性能了嗎?理論上是如此，但是在現(xiàn)實(shí)中是行不通的。因?yàn)檫@個(gè)寄存器的數(shù)量是非常有限的。在內(nèi)存中的寄存器區(qū)域是由編譯器根據(jù)需要來分配的。我們程序開發(fā)人員不能夠通過代碼來控制這個(gè)寄存器的分配。所以說，這第一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域寄存器，我們只能夠看看，而不能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生任何的影響。

存儲(chǔ)區(qū)域二：堆棧

對(duì)象的創(chuàng)建有兩種方式，一是在應(yīng)用程序開發(fā)的過程中就創(chuàng)建對(duì)象;二是在程序運(yùn)行的過程中要用到對(duì)象的時(shí)候再來創(chuàng)建對(duì)象。前者比后者性能要高，而后者比前者要靈活。這主要是因?yàn)榍罢邉?chuàng)建對(duì)象的時(shí)候，就是這個(gè)堆棧中創(chuàng)建的。雖然其創(chuàng)建的對(duì)象沒有保存在寄存器中，但是通過這個(gè)對(duì)象的推棧指針可以直接從處理器哪里獲得相關(guān)的支持。如堆棧指針往上移動(dòng)的時(shí)候，則釋放原有對(duì)象占用的內(nèi)存;如堆棧指針向下移動(dòng)時(shí)，則為對(duì)象分配新的內(nèi)存。所以，如果把對(duì)象存放在這個(gè)堆棧中，雖然性能沒有像存放在寄存器中那么理想，但是仍然比存儲(chǔ)在其他地方要好的多。

由于Java程序是在程序運(yùn)行過程中才根據(jù)需要來創(chuàng)建對(duì)象。為此對(duì)象就不能夠保存在這個(gè)堆棧中。不過Java應(yīng)用程序也不能夠白白的浪費(fèi)這個(gè)寶貴的空間。為此雖然Java對(duì)象本身沒有保存在這個(gè)堆棧中(不是不保存而是這里沒有他的容身之地)，但是還是應(yīng)該把一些可以放的內(nèi)容放到這個(gè)堆棧中，以提高應(yīng)用程序的性能。如可以把一些對(duì)象引用存放在這個(gè)堆棧中。

另外對(duì)于一些基本的數(shù)據(jù)類型對(duì)象，Java程序也往往把他們放置在堆棧中，以提高數(shù)據(jù)處理的性能。如一些整數(shù)型、字符型的數(shù)據(jù)對(duì)象，這些對(duì)象有些共同的特點(diǎn)，如對(duì)象比較小、是Java程序提供的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象等等。對(duì)于這些對(duì)象由于每個(gè)應(yīng)用程序基本上都需要用到，而且我們程序開發(fā)人員只能夠引用這些對(duì)象，而不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行更改。為此Java程序在處理的時(shí)候，往往一開始就創(chuàng)建了對(duì)象(即直接在堆棧中創(chuàng)建對(duì)象并保存)，而不像其他對(duì)象一樣，在需要的時(shí)候才創(chuàng)建。只所以在堆棧中創(chuàng)建這些對(duì)象，還有一個(gè)重要的原因。因?yàn)槿绻诙褩Ｖ袆?chuàng)建對(duì)象的話，Java編輯器必須知道存儲(chǔ)在堆棧內(nèi)所有數(shù)據(jù)的確切大小和生命周期。為了得到這些信息，必須產(chǎn)生相關(guān)的代碼來獲得這些信息，以便其操作堆棧指針。普通的對(duì)象大小、生命周期等等難以預(yù)先獲得，為此在堆棧中創(chuàng)建普通的對(duì)象，對(duì)于Java應(yīng)用程序來說并不是很合適。相反，這些Java編譯器預(yù)定義的對(duì)象大小并不會(huì)隨著機(jī)器硬件架構(gòu)的變化和用戶需求的變化而變化;而且這些對(duì)象往往從始之終都會(huì)存在的，所以也不存在生命周期的問題。所以把這些對(duì)象放置在堆棧中是合理的，也是可實(shí)現(xiàn)的。如此處理，不僅不會(huì)影響到對(duì)象的靈活性，而且還可以提供比較好的性能。

存儲(chǔ)區(qū)域三：堆

堆雖然跟堆棧一樣，都是隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器中的區(qū)域，但是兩者有很大的不同。因?yàn)樵诙阎?，沒有堆棧指針，為此也就無法直接從處理器那邊獲得支持。為此其性能跟堆棧比起來，就有一定的差距。通常情況下，除上面所說的一些預(yù)定義對(duì)象之外，其他的對(duì)象都是保存在這個(gè)堆中的?；蛘哒f，利用new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對(duì)象都是保存在堆中的。保存在堆中其好處也是顯而易見的。如Java編譯器不需要知道從堆里需要分配多少存儲(chǔ)區(qū)域，也不必知道存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在堆里會(huì)存活多長時(shí)間。所以在堆里分配存儲(chǔ)有很大的靈活性。當(dāng)需要對(duì)象時(shí)，我們可以使用New關(guān)鍵字建立一個(gè)對(duì)象。然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給這個(gè)對(duì)象在堆中分配一個(gè)區(qū)域讓其作為歸宿。不過其最大的不足之處，就是在堆中創(chuàng)建對(duì)象與分配存儲(chǔ)區(qū)域，要比在堆棧中慢許多。魚與熊掌不能兼得呀。

存儲(chǔ)區(qū)域四：靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域與常量存儲(chǔ)區(qū)域

在Java對(duì)象中有一些特殊的元素。如有些元素是比較特別的(如利用關(guān)鍵字Static定義的變量)。這些變量對(duì)于其他對(duì)象來說，可能就是靜態(tài)的。為了更好的管理這些變量，Java在內(nèi)存中專門劃分了一個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域來管理這些元素。這里的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域就是指在固定的位置存放應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)一直存在的數(shù)據(jù)。這里需要明確的一點(diǎn)就是，Java對(duì)象是不保存在這個(gè)地方的，而只是把對(duì)象中的一些特殊元素放置這里。由于位置固定，所以下次調(diào)用的時(shí)候就省去了查找的麻煩。為此其對(duì)于提供應(yīng)用程序的性能是有利的。作為我們程序開發(fā)人員來說，在書寫代碼的時(shí)候，就需要靈活應(yīng)用Static這個(gè)關(guān)鍵字。筆者的意見是，能用則用;不能用的時(shí)候也要想著法兒用。特別是有些元素用不用Static關(guān)鍵字時(shí)對(duì)于程序功能沒有影響，此時(shí)我們要理直氣壯的在元素前面加上Static關(guān)鍵字。

在Java對(duì)象中還有一類特殊的元素，我們叫做常量。由于常量的值是穩(wěn)定不變的，如圓周率。為此把他們放在代碼的內(nèi)部是可行的。不過有些時(shí)候，在進(jìn)行一些嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)候，我們往往不這么做。而是會(huì)把常量元素跟代碼分開來保存。如我們會(huì)根據(jù)情況把常量的值存放在一些只讀存儲(chǔ)器中。這主要是為了一些特殊的功能考慮的。如出于版權(quán)控制的需要。如在打印機(jī)上為了保護(hù)原裝耗材的版權(quán)，往往把常量跟代碼分開存放。

存儲(chǔ)區(qū)域五：非RAM存儲(chǔ)

有時(shí)候，有些程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)我們還會(huì)放置在其他地方。如在一些系統(tǒng)中需要用到流對(duì)象，這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)并沒有保存在上面所談到的任何一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，這個(gè)對(duì)象直接被轉(zhuǎn)為為字節(jié)流，發(fā)送到其他的主機(jī)上去了。另外有一種叫做持久化的對(duì)象，其是被存儲(chǔ)在硬盤中的。這些對(duì)象平時(shí)在應(yīng)用程序開發(fā)過程中用到的并不是很多，大家只需要了解有這些對(duì)象的存在即可。等到需要用到的時(shí)候，再去深入研究也不遲。

從上面的分析中我們可以看到，對(duì)象的歸屬我們程序開發(fā)人員很難控制。寄存器是編譯器來管理的。而堆與堆棧又基本上受到開發(fā)平臺(tái)的限制，我們程序人員也沒有這個(gè)能耐來干涉他們。其實(shí)我們主要能夠調(diào)整與控制的就是第四個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，即靜態(tài)存儲(chǔ)與常量存儲(chǔ)。筆者的建議是，對(duì)于非嵌入式程序，能夠利用靜態(tài)存儲(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的，就盡量采用靜態(tài)存儲(chǔ)。而對(duì)于常量來說，需要根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能來判斷是否需要把常量存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器中。有時(shí)候?qū)τ诎鏅?quán)的保護(hù)等等需要用到這個(gè)只讀存儲(chǔ)器。（來自互聯(lián)網(wǎng)）