字节：成员变量，局部变量，存放在哪里，为什么局部变量需要初始化

最近一个小伙伴反馈了他在面试过中遇到的问题。

为什么成员变量不需要手动初始化，而局部变量需要手动初始化？
成员变量、静态变量、局部变量存放在哪里？

这个问题考察了我们很多知识点，涉及了 Jvm 内存结构、类加载机制、 Java 对象模型等等知识点。

Jvm 内存结构和 Java 虚拟机的运行时区域有关 Java 对象模型和 Java 对象在虚拟机中的表现形式有关

如果对这些知识点，不是很了解的话，是很难全部回答上来，今天这篇文章我们围绕这些问题，一起来分析一下。

在 Java 中我们可以将变量分为两大类成员变量和局部变量，而成员变量又分为两大类静态成员变量和非静态成员变量。

在 Java 语言中，没有赋值的变量是不能使用的，无论是成员变量还是局部变量，在 “使用之前” 都需要初始化，而我们经常在代码中看到成员变量没有手动初始化，也可以正常使用，这是因为成员变量在类的加载过程已经被初始化了。

类的加载过程被分为 5 个阶段：“加载” -> “验证” -> “准备” -> “解析” -> “初始化”，而不同的变量，在不同的阶段会被赋予不同的值。

静态成员变量

静态成员变量在类加载过程中会被赋值 2 次。

public static int code = 3;

第一次赋值是在 “准备” 阶段，赋上 Jvm 给的默认值，这个阶段 code = 0
第二次赋值是在 “初始化” 阶段，赋上在代码中声明的默认值，这个阶段 code = 3

静态成员变量存放在方法区。方法区在 JVM 内存结构中是一个非常重要的区域，存储了每个类的信息（包括类的名称、方法信息、字段信息)、静态变量、常量等等。

方法区中有一个常量池，用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。

字面量：指由字母、数字等构成的字符串或者数字常量，包含文本字符串，final 的常量值等
符号引用：类和接口的全限定名，字段的名称和描述符，方法的名称和描述符

当程序运行起来，被加载到内存后，才会为这些常量分配内存地址，这时原来的常量池转变成了运行时常量池，在运行期间也可以将新的常量放入运行时常量池，比如 String 的 intern 方法。

非静态成员变量

非静态成员变量在类加载过程中会被赋值 1 次。

public int age = 18;

在 “初始化” 阶段赋上在代码中声明的默认值，这个阶段 age = 18，对象实例化之后，该对象存放在 Java 堆中，没有赋值的话，默认就为 0。

局部变量

Java 方法以栈帧的形式，运行在虚拟机栈（Java 栈）中，栈是线程私有的，程序启动的时候，会创建一个 main 线程，操作系统会为每一个线程分配一段内存，线程创建的时候会创建一个虚拟机栈，虚拟机栈的生命周期和线程一样，线程结束了，虚拟机栈也销毁了。

每个 Java 方法，对应一个个栈帧，所以方法开始和结束，都是一个个栈帧入栈和出栈的过程，效果如下图所示。更多内容可以前往查看我另外一篇文章内存如何记录方法调用和返回过程

每个 Java 方法，都是一个个栈帧，每个栈帧包括了：局部变量表、操作数栈、方法返回地址、动态链接、附加信息。

方法中的局部变量会存放在栈帧的局部变量表中，局部变量表主要用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。例如下面的代码。

public class Main5 {
    public static void main(String... args) {
        Main5 main = new Main5();
    }
}

方法 main 的对应的局部变量表，如下图所示。

正如你所见，局部变量表存放了方法参数和方法中的局部变量。

局部变量和成员变量不一样，Jvm 不会给局部变量一个默认值，所以我们在使用局部变量的时候需要手动初始化，否则是无法使用的。

为什么局部变量必须手动初始化呢？

原因之一为了防止引用到一个错误的值。

为了达到节省资源的目的，局部变量表的空间是可以被复用的，如果一个变量超过了它的作用域，在作用域之后声明的变量，可以复用之前的变量的位置，如果我们不手动初始化，很可能访问到之前变量的内容。

public void byteCode(){
    boolean devEnv = true;
    if(devEnv){
        int a = 1;
        int b = 2;
    }
    // 为了节省资源 c 可能复用 a 或者 b 的位置，通过变量 c 可能会访问到 a 或者 b 的内容
    int c;
}

为了达到节省资源的目的 c 可能复用 a 或者 b 的位置，通过变量 c 可能会访问到 a 或者 b 的内容，并不是一个正确的值，如果我们主动初始化可以避免这类问题的出现。

为什么 Jvm 不给局部变量一个默认值呢?

这里借用《Thinking in Java》作者 Bruce Eckel 的一句话来回答这个问题。

编译器可以为局部变量赋上一个默认值，但是未初始化的局部变量更有可能是程序员的疏忽，所以采用默认值范围会掩盖这种失误。因此强制程序员提供一个初始值，往往能够帮助找出程序里的缺陷。

全文到这里就结束了，感谢你的阅读，坚持原创不易，欢迎在看、点赞、分享给身边的小伙伴，我会持续分享原创干货！！！

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