栈与堆内存分配的区别

C/C++/Java 程序中的内存可以分配在堆栈或堆上。

栈分配： 分配发生在连续的内存块上。我们称其为栈内存分配，因为分配发生在函数调用堆栈中。 编译器知道要分配的内存大小，每当调用函数时，它的变量都会在栈上分配内存。 每当函数调用结束时，变量的内存就会被释放。 这一切都发生在编译器中使用一些预定义的例程。 程序员不必担心栈变量的内存分配和解除分配。 这种内存分配也称为临时内存分配，因为一旦方法完成执行，属于该方法的所有数据都会自动从栈中清除。 意味着，只要方法尚未完成执行且当前处于运行状态，就可以访问存储在栈内存方案中的任何值。

关键点：

• 这是一种临时内存分配方案，其中数据成员只有在包含它们的方法当前正在运行时才能访问。
• 一旦相应的方法完成执行，它就会自动分配或取消分配内存。
• 如果堆栈内存已完全填满，则收到相应的JVM Java. lang. StackOverFlowError 错误。
• 与堆内存分配相比，栈内存分配被认为更安全，因为存储的数据只能由所有者线程访问。
• 与堆内存分配相比，栈内存分配和解除分配更快。
• 与堆内存相比，栈内存的存储空间更少。

int main()
{
    // All these variables get memory
    // allocated on stack
    int a;
    int b[10];
    int n = 20;
    int c[n];
}

堆分配： 在执行程序员编写的指令期间分配内存。 注意 heap 这个名字与 heap 数据结构无关。 之所以称为 堆 ，是因为它是供程序员分配和取消分配的一堆内存空间。每次创建一个对象时，它总是在堆空间中创建，并且这些对象的引用信息总是存储在堆栈内存中。 堆内存分配不如栈内存分配安全，因为存储在该空间中的数据对所有线程都是可访问或可见的。 如果程序员没有很好地处理这块内存，程序中可能会发生内存泄漏。

堆内存分配进一步分为三类：- 这三类帮助我们确定要存储在堆内存或垃圾收集中的数据(对象)的优先级。

• 年轻代 — 这是所有新数据(对象)用于分配空间的内存部分，每当这个内存完全填满时，其余数据就会存储在垃圾收集中。
• 老一代 — 这是堆内存的一部分，其中包含不经常使用或根本不使用的旧数据对象。
• 永久生成 — 这是堆内存的一部分，它包含运行时类和应用程序方法的 JVM 元数据。

关键点：

• 如果堆空间已满，会收到相应的 JVM 的 Java.lang.OutOfMemoryError 错误消息。
• 这种内存分配方案与 Stack-space 分配不同，这里没有提供自动解除分配功能。 我们需要使用垃圾收集器来删除旧的未使用对象，以便有效地使用内存。
• 与栈内存相比，此内存的处理时间(访问时间)非常慢。
• 堆内存也不像栈内存那样是线程安全的，因为存储在堆内存中的数据对所有线程都是可见的。
• 与栈内存相比，堆内存的大小要大得多。
• 只要整个应用程序(或 java 程序)运行，堆内存就可以访问或存在。

int main()
{
    // This memory for 10 integers
    // is allocated on heap.
    int *ptr = new int[10];
}

java中Heap和Stack两种内存分配的混合示例：

class Emp {
    int id;
    String emp_name;

    public Emp(int id, String emp_name) {
        this.id = id;
        this.emp_name = emp_name;
    }
}

public class Emp_detail {
    private static Emp Emp_detail(int id, String emp_name) {
        return new Emp(id, emp_name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int id = 21;
        String name = "Maddy";
        Emp person_ = null;
        person_ = Emp_detail(id, emp_name);
    }
}

以下是我们在分析上述示例后得出的结论：

• 当开始执行 have 程序时，所有运行时类都存储在堆内存空间中。
• 在下一行找到 main() 方法，该方法连同它的所有原始(或本地)存储到堆栈中，并且 Emp_detail 类型的引用变量 Emp 也将存储在堆栈中并指向相应的对象 存储在堆内存中。
• 然后下一行将调用 main() 中的参数化构造函数 Emp(int, String) ，它还将分配到同一个堆栈内存块的顶部。 这将存储：
  • 堆栈内存的调用对象的对象引用。
  • 堆栈内存中的原始值(原始数据类型)int id。
  • String emp_name 参数的引用变量，它将指向从字符串池到堆内存的实际字符串。
• 然后 main 方法将再次调用 Emp_detail() 静态方法，为此将在前一个内存块之上的堆栈内存块中进行分配。
• 因此，对于新创建的 Emp_detail 类型的对象 Emp 和所有实例变量将存储在堆内存中。

图示如下图1所示：

栈和堆分配内存的主要区别

• 在栈中，分配和解除分配由编译器自动完成，而在堆中，则需要程序员手动完成。
• 堆帧的处理比栈帧的处理成本更高。
• 内存短缺问题更可能发生在堆栈中，而堆内存中的主要问题是碎片。
• 栈帧访问比堆帧更容易，因为栈具有较小的内存区域并且对缓存友好，但是在堆帧分散在整个内存中的情况下，它会导致更多的缓存未命中。
• 栈不灵活，分配的内存大小无法更改，而堆是灵活的，并且可以更改分配的内存。
• 堆占用的访问时间不仅仅是堆栈。

栈和堆比较表