Java堆、java栈

Ja va堆：

一启动Ja va虚拟机，那块最大的内存区域——Ja va堆，就被创建出来了。它可以说是垃圾收集器工作的“主战场”，被所有线程共享，其核心使命就是存放各种对象实例。

为了更高效地管理内存和进行垃圾回收，堆空间被划分成了老年代和新生代。老年代，顾名思义，存放的是那些“长寿”对象，要么是经过多次垃圾回收（GC）依然坚挺的“老兵”，要么是那些一出生就过于庞大、新生代根本放不下的“巨婴”。而新生代，则是新创建对象的“摇篮”，它内部又细分为三个区域：Eden区、From Survivor区（简称From区）和To Survivor区（简称To区）。具体结构可以参考下图：

一个新对象诞生后，首先会被安置在新生代的Eden区，这里也是新生代最主要的内存区域。当Eden区快满时，会触发一次针对新生代的垃圾回收（Minor GC）。在这次回收中存活下来的对象，会被移动到From区。

接下来的过程就有点“二人转”的味道了。From区里的对象，经过下一次GC后，存活下来的会被转移到To区。而To区里的对象再经历GC时，存活者又会被挪回From区。这里的关键在于，From区和To区的角色并不是固定的，它们会随着GC算法的执行而相互转换。严格来说，每次都是“当前存活的From区”经过GC后，将幸存者送入“当前空闲的To区”。

那么，对象什么时候才能“晋升”到老年代呢？通常，在From区和To区之间来回“折腾”了足够多次（默认是15次）后，如果依然存活，就证明它是一个值得长期持有的对象，于是便会被转移到老年代中。

堆内存的优势非常明显：可以动态地按需分配内存大小，对象的生命周期也无需事先声明，不再使用的数据会有垃圾收集器自动清理。但凡事都有两面性，这种动态分配的灵活性，带来的代价就是存取速度相对较慢。

Ja va栈：

与共享的堆不同，Ja va栈是线程私有的，它的生命周期与所属线程完全绑定。栈的核心作用，是为Ja va方法的执行提供内存模型。每个方法被执行时，都会在栈中创建一个对应的“栈帧”，用来存储这个方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。可以说，一个方法从被调用到执行完毕的过程，就对应着它的栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的完整旅程。

栈的优势在于速度极快，其存取效率仅次于CPU内部的寄存器。但它的缺点也同样突出：存放在栈中的数据，其大小和生存期都必须在编译期就确定下来，缺乏堆那种运行时动态调整的灵活性。

从代码中分析堆、栈空间：

理论说了这么多，不如看一段具体的代码来得直观。我们来看下面这个例子：

public class Test1 {
    public void m1(){
        int a = 3;
        Person person = new Person();
        person.setName("name");
        m2();
    }
    public void m2(){
        int a = 3;
        Person person = new Person();
        person.setAge(20);
        Person person2 = person;
        person2.setName("name2");
    }
}

这段代码里，Test1类定义了m1()和m2()两个方法。我们来一步步拆解，看看其中的变量在JVM的堆和栈中是如何分布的。其内存模型可以参考下图：

1. 执行m1()方法：JVM会为m1()在栈中开辟一个栈帧。首先，存放基本类型变量int a = 3；接着，定义引用类型变量Person person，并执行new Person()——这一步是关键，它会在堆中开辟一块新空间，用于存储这个新创建的Person对象实例，栈中的person变量则保存着指向堆中该对象的引用地址。
2. 调用person.setName("name")：这行代码通过栈中person变量持有的引用，找到堆中对应的Person对象，并修改其name属性。
3. 调用m2()方法：此时，JVM会为m2()在栈顶开辟一个新的栈帧（位于m1栈帧之上）。同样，先存放int a = 3；然后定义Person person并执行new Person()，这会在堆中再次开辟一块新的空间，创建另一个Person对象。
4. 执行Person person2 = person：这是理解引用类型的关键。这行代码并没有在堆中创建新的对象，它仅仅是将栈中person变量保存的引用地址，复制了一份给person2变量。结果是，person和person2这两个栈中的变量，指向了堆中同一个Person对象。
5. 通过person2修改对象：当执行person2.setName("name2")时，通过person2的引用修改了堆中那个唯一对象的数据。此时，通过person变量去访问这个对象，其name属性也同步变成了“name2”。

这里引出了一个至关重要的概念：基本数据类型与引用数据类型的根本区别。

基本数据类型（如int, short, long, byte, float, double, boolean, char，共8种，注意String不属于基本类型）的变量，存储的是实际的“字面值”。比如int a = 3;，这个“3”就直接存放在栈帧的局部变量表中。因为它们大小固定、生命周期明确（通常随方法结束而消失），出于追求极致速度的考虑，被安排在栈中。栈还有一个优化：对于字面值相同的变量，可能会共享同一份数据。例如同时定义int a = 3;和int b = 3;，编译器可能会让a和b指向栈中同一个字面值“3”。

引用数据类型（即对象类型）则完全不同。当我们写Person person = new Person();时，new Person()这个动作在堆中创建了对象的实际数据，而栈中的变量person仅仅保存了一个指向堆中那个对象的“地址引用”。因此，当多个引用变量（如person和person2）被赋值为指向同一个堆对象时，无论通过其中哪一个变量去修改对象状态，所有指向该对象的变量所看到的内容都会同步改变。这正是上例中第4、5步所演示的情况。