Bộ nhớ stack và heap trong java

Một sự hiểu biết toàn diện về bộ nhớ stack và heap trong java là rất quan trọng để hiểu được một chương trình hoạt động như thế nào. Các khái niệm này cung cấp một khuôn khổ cho việc hiểu ứng dụng hoạt động như thế nào và là cơ sở cho việc thực hiện hệ thống runtime được sử dụng trong Java.

Khái niệm về bộ nhớ stack và heap trong java:

Stack là một vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ các tham số và các biến local của phương thức mỗi khi một phương thức được gọi ra. Các tham số và các biến local của một phương thức tạo thành một bản ghi kích hoạt, còn được gọi là một stack frame. Các bản ghi kích hoạt được đẩy vào một stack khi phương thức được gọi và đẩy ra khỏi stack khi phương thức trả về. Sự tồn tại tạm thời của các biến này quyết định thời gian sống của các biến.

Heap là một vùng nhớ trong bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các đối tượng khi từ khóa new được gọi ra, các biến static và các biến toàn cục (biến instance).

Bộ nhớ Stack tăng lên và tiến về phía heap khi một phương thức được gọi và co lại khi phương thức trả về. Heap không phát triển theo một trình tự dự đoán được và có thể trở nên phân mảnh. Khi chúng chia sẻ cùng một không gian bộ nhớ, nếu heap và stack va chạm thì chương trình sẽ bị chấm dứt.

Ví dụ về bộ nhớ stack và heap trong java

File: Customer.java

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Locale;

public class Customer {
    private String name;
    private int accountNumber;
    private Locale locale;
    private BigDecimal balance;

    public Customer() {
        this.name = "Default Customer";
        this.accountNumber = 12345;
        this.locale = Locale.ENGLISH;
        this.balance = new BigDecimal("0");
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) throws Exception {
        if (name == null) {
            throw new Exception("Names must not be null");
        } else {
            this.name = name;
        }
    }

    public int getAccountNumber() {
        return accountNumber;
    }

    public void setAccountNumber(int accountNumber) {
        this.accountNumber = accountNumber;
    }

    public BigDecimal getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(float balance) {
        this.balance = new BigDecimal(balance);
    }

    public String toString() {
        java.text.NumberFormat format;
        format = java.text.NumberFormat.getCurrencyInstance(locale);
        return format.format(balance);
    }
}

File: CustomerDriver.java

public class CustomerDriver {
    public static void main(String[] args) {
        Customer customer; // defines a reference to a Customer
        customer = new Customer(); // Creates a new Customer object
        customer.setBalance(12506.45f);
        System.out.println(customer.toString());
    }
}

Khi phương thức main được thực thi, một bản ghi kích hoạt được đẩy lên bộ nhớ stack chương trình. Như được mô tả trong hình dưới, bản ghi kích hoạt của nó chỉ bao gồm tham số args duy nhất và biến tham chiếu customer. Khi thể hiện của lớp Customer được tạo ra, một đối tượng được tạo ra và phân bố trên bộ nhớ heap. Trạng thái của stack và heap được lặp lại trong ví dụ này xảy ra sau khi constructor Customer thực thi. Biến tham chiếu args trỏ tới một mảng, mỗi phần tử của mảng tham chiếu một chuỗi đại diện cho đối số khi nhập trên dòng lệnh của ứng dụng. Trong ví dụ thể hiện trong ảnh dưới đây, giả sử có hai đối số dòng lệnh là Argument 1 và Argument 2:

Khi phương thức setBalance() được thực thi, bản ghi kích hoạt của nó sẽ được đẩy lên stack chương trình như minh họa dưới đây. Phương thức setBalance() có một tham số duy nhất, balance, được gán cho biến instance balance. Nhưng trước tiên, nó được sử dụng như một đối số cho constructor BigDecimal. Từ khóa this tham chiếu đến đối tượng hiện tại.

Heap là bộ nhớ được phân bổ động cho các đối tượng. Trình quản lý heap kiểm soát cách bộ nhớ này được tổ chức. Khi một đối tượng không còn cần thiết, một thủ tục thu gom rác sẽ thực thi để giải phóng bộ nhớ để nó có thể được sử dụng lại. Trước khi một đối tượng được xử lý, phương thức finalize của đối tượng được thực thi. Tuy nhiên, không có gì đảm bảo rằng phương thức này sẽ được thực thi khi chương trình chấm dứt mà không cần thực hiện thủ tục thu gom rác. Đối tượng BigDecimal ban đầu sẽ bị phá hủy.