java面试 数据结构和内存中堆和栈的区别

数据结构和内存中堆(heap)和栈(stack)的区别

一、数据结构中的堆和栈

堆和栈在数据结构中是两种不同的数据结构。 两者都是数据项按序排列的数据结构。

栈:像是装数据的桶或者箱子

栈是大家比较熟悉的一种数据结构,它是一种具有后进先出的数据结构,也就是说后存放的先取,先存放的后取,这就类似于我们要在取放在箱子底部的东西(放进去比较早的物体),我们首先要移开压在它上面的物体(放入比较晚的物体)。

堆:像是一颗倒立的大树

堆是一种经过排序的树形数据结构,每个节点都有一个值。通常我们所说的堆的数据结构是指二叉树。堆的特点是根节点的值最小(或最大),且根节点的两个树也是一个堆。由于堆的这个特性,常用来实现优先队列,堆的存取是随意的,这就如同我们在图书馆的书架上取书,虽然书的摆放是有顺序的,但是我们想取任意一本时不必像栈一样,先取出前面所有的书,书架这种机制不同于箱子,我们可以直接取出我们想要的书。

二、内存分配中的堆和栈

我们现在经常用的并不是数据结构中的堆和栈,之所以说了数据结构中的堆和栈是为了和后面将要说的堆区和栈区区别开来,请大家一定要注意。

栈(操作系统):由操作系统自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

堆(操作系统): 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收,分配方式倒是类似于链表。

1、存储
栈:变量、对象的引用
堆:实例对象

2、速度
栈:存取速度快
堆:存取速度慢

3、线程访问
栈:每个线程都有一个栈区
堆:所有线程共享一个堆区

4、垃圾回收
栈:比较频繁
堆:不频繁

详情:

栈内存:栈内存首先是一片内存区域,存储的都是局部变量,凡是定义在方法中的都是局部变量(方法外的是全局变量),for循环内部定义的也是局部变量,是先加载函数才能进行局部变量的定义,所以方法先进栈,然后再定义变量,变量有自己的作用域,一旦离开作用域,变量就会被释放。栈内存的更新速度很快,因为局部变量的生命周期都很短。

堆内存:存储的是数组和对象(其实数组就是对象),凡是new建立的都是在堆中,堆中存放的都是实体(对象),实体用于封装数据,而且是封装多个(实体的多个属性),如果一个数据消失,这个实体也没有消失,还可以用,所以堆是不会随时释放的,但是栈不一样,栈里存放的都是单个变量,变量被释放了,那就没有了。堆里的实体虽然不会被释放,但是会被当成垃圾,Java有垃圾回收机制不定时的收取。

下面我们通过一个图例详细讲一下堆和栈:

比如主函数里的语句 int [] arr=new int [3];在内存中是怎么被定义的:

主函数先进栈,在栈中定义一个变量arr,接下来为arr赋值,但是右边不是一个具体值,是一个实体。实体创建在堆里,在堆里首先通过new关键字开辟一个空间,内存在存储数据的时候都是通过地址来体现的,地址是一块连续的二进制,然后给这个实体分配一个内存地址。数组都是有一个索引,数组这个实体在堆内存中产生之后每一个空间都会进行默认的初始化(这是堆内存的特点,未初始化的数据是不能用的,但在堆里是可以用的,因为初始化过了,但是在栈里没有),不同的类型初始化的值不一样。所以堆和栈里就创建了变量和实体:

在这里插入图片描述
那么堆和栈是怎么联系起来的呢?

我们刚刚说过给堆分配了一个地址,把堆的地址赋给arr,arr就通过地址指向了数组。所以arr想操纵数组时,就通过地址,而不是直接把实体都赋给它。这种我们不再叫他基本数据类型,而叫引用数据类型。称为arr引用了堆内存当中的实体。(可以理解为c或c++的指针,Java成长自c++和c++很像,优化了c++)
在这里插入图片描述
如果当int [] arr=null;

arr不做任何指向,null的作用就是取消引用数据类型的指向。

当一个实体,没有引用数据类型指向的时候,它在堆内存中不会被释放,而被当做一个垃圾,在不定时的时间内自动回收,因为Java有一个自动回收机制,(而c++没有,需要程序员手动回收,如果不回收就越堆越多,直到撑满内存溢出,所以Java在内存管理上优于c++)。自动回收机制(程序)自动监测堆里是否有垃圾,如果有,就会自动的做垃圾回收的动作,但是什么时候收不一定。

         所以堆与栈的区别很明显:

        1.栈内存存储的是局部变量而堆内存存储的是实体;

        2.栈内存的更新速度要快于堆内存,因为局部变量的生命周期很短;

        3.栈内存存放的变量生命周期一旦结束就会被释放,而堆内存存放的实体会被垃圾回收机制不定时的回收。

原文链接:https://blog.csdn.net/jianghao233/article/details/82777789

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