1.
栈
(stack)
与堆
(heap)
都是
Java
用来在
Ram
中存放数据的地方。与
C++
不同,
Java
自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。
2.
栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于
CPU
中的寄存器。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据可以共享,详见第
3
点。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,
Java
的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。
3.
Java
中的数据类型有两种。
一种是基本类型
(primitive types),
共有
8
种,即
int, short, long, byte, float, double, boolean, char(
注意,并没有
string
的基本类型
)
。这种类型的定义是通过诸如
int a = 3; long b = 255L;
的形式来定义的,称为自动变量。值得注意的是,自动变量存的是字面值,不是类的实例,即不是类的引用,这里并没有类的存在。如
int a = 3;
这里的
a
是一个指向
int
类型的引用,指向
3
这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知
(
这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了
)
,出于追求速度的原因,就存在于栈中。
另外,栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义
int a = 3;
int b = 3
;
编译器先处理
int a = 3
;首先它会在栈中创建一个变量为
a
的引用,然后查找有没有字面值为
3
的地址,没找到,就开辟一个存放
3
这个字面值的地址,然后将
a
指向
3
的地址。接着处理
int b = 3
;在创建完
b
的引用变量后,由于在栈中已经有
3
这个字面值,便将
b
直接指向
3
的地址。这样,就出现了
a
与
b
同时均指向
3
的情况。
特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上例,我们定义完
a
与
b
的值后,再令
a=4
;那么,
b
不会等于
4
,还是等于
3
。在编译器内部,遇到
a=4
;时,它就会重新搜索栈中是否有
4
的字面值,如果没有,重新开辟地址存放
4
的值;如果已经有了,则直接将
a
指向这个地址。因此
a
值的改变不会影响到
b
的值。
另一种是包装类数据,如
Integer, String, Double
等将相应的基本数据类型包装起来的类。这些类数据全部存在于堆中,
Java
用
new()
语句来显示地告诉编译器,在运行时才根据需要动态创建,因此比较灵活,但缺点是要占用更多的时间。
4. String
是一个特殊的包装类数据。即可以用
String str = new String("abc");
的形式来创建,也可以用
String str = "abc"
;的形式来创建
(
作为对比,在
JDK 5.0
之前,你从未见过
Integer i = 3;
的表达式,因为类与字面值是不能通用的,除了
String
。而在
JDK 5.0
中,这种表达式是可以的!因为编译器在后台进行
Integer i = new Integer(3)
的转换
)
。前者是规范的类的创建过程,即在
Java
中,一切都是对象,而对象是类的实例,全部通过
new()
的形式来创建。
Java
中的有些类,如
DateFormat
类,可以通过该类的
getInstance()
方法来返回一个新创建的类,似乎违反了此原则。其实不然。该类运用了单例模式来返回类的实例,只不过这个实例是在该类内部通过
new()
来创建的,而
getInstance()
向外部隐藏了此细节。那为什么在
String str = "abc"
;中,并没有通过
new()
来创建实例,是不是违反了上述原则?其实没有。
5.
关于
String str = "abc"
的内部工作。
Java
内部将此语句转化为以下几个步骤:
(1)
先定义一个名为
str
的对
String
类的对象引用变量:
String str
;
(2)
在栈中查找有没有存放值为
"abc"
的地址,如果没有,则开辟一个存放字面值为
"abc"
的地址,接着创建一个新的
String
类的对象
o
,并将
o
的字符串值指向这个地址,而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象
o
。如果已经有了值为
"abc"
的地址,则查找对象
o
,并返回
o
的地址。
(3)
将
str
指向对象
o
的地址。
值得注意的是,一般
String
类中字符串值都是直接存值的。但像
String str = "abc"
;这种场合下,其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用!
为了更好地说明这个问题,我们可以通过以下的几个代码进行验证。
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //true
注意,我们这里并不用
str1.equals(str2)
;的方式,因为这将比较两个字符串的值是否相等。
==
号,根据
JDK
的说明,只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而我们在这里要看的是,
str1
与
str2
是否都指向了同一个对象。
结果说明,
JVM
创建了两个引用
str1
和
str2
,但只创建了一个对象,而且两个引用都指向了这个对象。
我们再来更进一步,将以上代码改成:
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
str1 = "bcd";
System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc
System.out.println(str1==str2); //false
这就是说,赋值的变化导致了类对象引用的变化,
str1
指向了另外一个新对象!而
str2
仍旧指向原来的对象。上例中,当我们将
str1
的值改为
"bcd"
时,
JVM
发现在栈中没有存放该值的地址,便开辟了这个地址,并创建了一个新的对象,其字符串的值指向这个地址。
事实上,
String
类被设计成为不可改变
(immutable)
的类。如果你要改变其值,可以,但
JVM
在运行时根据新值悄悄创建了一个新对象,然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是完全自动进行的,但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中,会带有一定的不良影响。
再修改原来代码:
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
str1 = "bcd";
String str3 = str1;
System.out.println(str3); //bcd
String str4 = "bcd";
System.out.println(str1 == str4); //true
str3
这个对象的引用直接指向
str1
所指向的对象
(
注意,
str3
并没有创建新对象
)
。当
str1
改完其值后,再创建一个
String
的引用
str4
,并指向因
str1
修改值而创建的新的对象。可以发现,这回
str4
也没有创建新的对象,从而再次实现栈中数据的共享。
我们再接着看以下的代码。
String str1 = new String("abc");
String str2 = "abc";
System.out.println(str1==str2); //false
创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。
String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
System.out.println(str1==str2); //false
创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。
以上两段代码说明,只要是用
new()
来新建对象的,都会在堆中创建,而且其字符串是单独存值的,即使与栈中的数据相同,也不会与栈中的数据共享。
6.
数据类型包装类的值不可修改。不仅仅是
String
类的值不可修改,所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。
7.
结论与建议:
(1)
我们在使用诸如
String str = "abc"
;的格式定义类时,总是想当然地认为,我们创建了
String
类的对象
str
。担心陷阱!对象可能并没有被创建!唯一可以肯定的是,指向
String
类的引用被创建了。至于这个引用到底是否指向了一个新的对象,必须根据上下文来考虑,除非你通过
new()
方法来显要地创建一个新的对象。因此,更为准确的说法是,我们创建了一个指向
String
类的对象的引用变量
str
,这个对象引用变量指向了某个值为
"abc"
的
String
类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的
bug
是很有帮助的。
(2)
使用
String str = "abc"
;的方式,可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为
JVM
会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于
String str = new String("abc")
;的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。这个思想应该是享元模式的思想,但
JDK
的内部在这里实现是否应用了这个模式,不得而知。
(3)
当比较包装类里面的数值是否相等时,用
equals()
方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用
==
。
(4)
由于
String
类的
immutable
性质,当
String
变量需要经常变换其值时,应该考虑使用
StringBuffer
类,以提高程序效率。
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