Java中堆棧

在 Java 中，“堆棧” 通常指的是堆（Heap）**和**棧（Stack），它們是內存中的兩個重要區域，用于存儲不同類型的數據。以下是它們的核心概念和區別：

1. 棧（Stack）

特點

• 線程私有：每個線程都有自己的棧，隨線程創建而分配，線程結束時銷毀。
• 后進先出（LIFO）：方法調用時，會在棧中創建棧幀（Stack Frame），方法執行完畢后棧幀彈出。
• 存儲內容：
  • 局部變量：方法內定義的基本數據類型（如int、boolean）和引用變量（對象的內存地址）。
  • 方法調用信息：包括返回地址、參數值等。
• 內存管理：由 JVM 自動管理，速度快，空間連續。
• 異常：如果棧深度超過限制（如遞歸過深），會拋出StackOverflowError。

示例

public class StackExample {public static void main(String[] args) {int a = 10;             // 基本類型變量a存儲在棧中Object obj = new Object(); // 引用變量obj存儲在棧中，指向堆中的Object實例method(obj, a);        // 方法調用時，參數值壓入棧}private static void method(Object param, int value) {String str = "hello";  // 局部變量str存儲在棧中// ...}
}

2. 堆（Heap）

特點

• 全局共享：所有線程共享同一個堆，用于存儲對象實例和數組。
• 動態分配：對象創建時在堆中分配內存，由垃圾回收器（GC）自動回收不再使用的對象。
• 存儲內容：
  • 對象實例：通過new創建的對象（如new Object()）。
  • 數組：無論基本類型數組還是對象數組。
• 內存管理：由 GC 負責回收垃圾對象，可能導致內存碎片和性能開銷。
• 異常：如果堆空間不足，會拋出OutOfMemoryError。

示例

public class HeapExample {public static void main(String[] args) {// 以下對象實例存儲在堆中Person person = new Person("Alice", 25);int[] array = new int[10];// person和array的引用變量存儲在棧中，指向堆中的對象}
}class Person {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}
}

3. 核心區別

對比項	棧（Stack）	堆（Heap）
內存分配	線程私有，空間連續	全局共享，空間不連續
存儲內容	局部變量、方法調用信息	對象實例、數組
生命周期	隨線程創建和銷毀	隨應用啟動和關閉
訪問效率	快	慢（需通過引用間接訪問）
內存管理	自動分配和回收（棧幀彈出）	由 GC 動態回收
異常類型	StackOverflowError	OutOfMemoryError

4. 常見問題

• 棧溢出（StackOverflowError）：遞歸過深、方法調用鏈過長。

  public void recursiveMethod() {recursiveMethod(); // 無限遞歸導致棧溢出
  }
  

• 堆溢出（OutOfMemoryError）：創建過多對象，GC 無法及時回收。

  List<Object> list = new ArrayList<>();
  while (true) {list.add(new Object()); // 不斷創建對象導致堆溢出
  }
  

5. 內存可視化示例

假設執行以下代碼：

public class MemoryExample {public static void main(String[] args) {int x = 10;User user = new User("Bob");process(user);}public static void process(User u) {u.setName("Alice");}
}class User {private String name;public User(String name) { this.name = name; }public void setName(String name) { this.name = name; }
}

內存布局示意圖：

棧內存（Stack）                      堆內存（Heap）
┌───────────────────┐               ┌───────────────────┐
│ main() 棧幀       │               │                   │
│  x: 10            │               │  User對象         │
│  user → heap@0x123│ ────────────→ │  ┌─────────────┐  │
├───────────────────┤               │  │ name: "Bob" │  │
│ process() 棧幀    │               │  └─────────────┘  │
│  u → heap@0x123   │               │                   │
└───────────────────┘               └───────────────────┘

總結

• 棧負責方法執行的上下文管理，存儲局部變量和調用信息。
• 堆負責存儲對象實例，是垃圾回收的主要區域。
• 理解堆棧的區別有助于排查內存相關的錯誤（如 OOM、SOE）和優化程序性能。