【Java面试题】Java类对象都是在堆上分配的内存吗？

0. 背景

JVM经典的内存模型想必大家都很熟悉了，我们都非常熟悉的栈内存 + 堆内存的结构中，引用变量和基础数据类型都是直接在栈内存上分配的，而类对象是在堆内存中分配的。

那么，面试题：

Java类对象都是在堆上分配的内存吗？

这个问题的答案是什么呢？

1. JVM虚拟机的内存结构

在回答这个问题之前，我们先回顾下JVM的虚拟机内存模型。根据JVM虚拟机的规范的定义，标准的JVM的内存分为以下几个部分：

• Java栈内存（一般简称为“栈内存”）
• 堆内存
• PC程序计数器（里面永远存储下一条要被执行的虚拟机指令）
• 方法区
• Native栈内存

其中，每一个Java线程，都会有一个调用栈，Java 的方法调用是在栈内存上通过栈帧的创建和销毁完成的，其中变量的引用和基础类型的内存分配，都是在栈内存的 栈帧 内部完成的，而对象的内存分配，则是在堆内存上面完成的。

这是一个很典型的常识，但是确不一定是绝对的（对于技术来说，哪有什么是绝对的，只要能提升性能、方便开发、方便使用，什么都能做，哈哈哈）

2. 来做一个假想

接下来，我们看一个典型的场景：

// 一个方法
public void methodA() {
    // 一个对象，它的引用仅限于在改方法内部
    Object objectA = new Object();
    String str = objectA.toString();
    System.out.println("objectA: " + str);
}

在以上的示例代码中，JVM的方法 methodA 调用的过程中，假如有一个 objectA，它的创建是在 methodA 的内部，并且也在它的内部使用，objectA 的引用也没有 流出 方法 methodA 之外的其他地方。那么根据上一章的分析，我们知道， objectA 的生命周期其实和这个方法的调用是一致的了，在 medthodA 调用完成后，objectA 的生命周期也会结束，将会被随后的GC回收调内存。

在上面的这样的场景中，objectA 对象仍然是在堆内存中进行内存的分配，然后在栈内存上通过它的引用来使用它。不过，我们可以做一个假想：

假如对象 objectA 直接在栈内存上分配内存，那么不就可以避免在堆内存上分配内存了吗？
这样做就省去了在堆内存上寻址的过程。同时也不需要依赖堆内存上面的GC来释放不再被使用的 objectA 的内存了。因为 objectA 对象的释放完全可以随着栈帧的销毁而销毁。

这个假想看起来是对虚拟机的性能有提升的，那么这个假想是成立的吗？

它是成立的，而且是有应用的。

3. JVM性能增强之 逃逸分析

在上一章节中，一个很关键的过程是，通过一种方法，来确定 objectA 的生命周期没有超过它所在的方法，也即是它没有逃逸 出它的方法。

那么，针对对象没有逃逸出它的方法范围 的使用场景，就可以进行性能优化，可以直接在栈内存上分配内存了。

这样技术在Java 8以后，已经在HotSpot 里面有实现了，详情请参考OpenJDK 的wiki页面（逃逸分析），这里就不再展开了。

除了以上提到的场景之外，关于对象的逃逸，还有以下几种范围，针对每一个逃逸范围都有不同的优化策略：

1. 对象没有逃逸出它的方法的范围；
   1. 对象的栈上分配：直接在栈上分配对象，对象仍然是完整的对象，只是避免了在堆内存的GC过程。
   2. 标量替换：把一个对象打散，拆分成许多个不能再分的原始类型（比如int、float等）。
2. 对象没有逃逸出它的线程的范围；
   1. 可以优化synchronized 锁，如果没有逃逸出线程，那么可以在编译后把锁去掉；
3. 对象会逃逸到全局的作用范围；

4. 总结

通过以上的分析，我们知道目前有些虚拟机（HotSpot）上是实现了栈上分配 的，那么对于最开始的面试题

• Java类对象都是在堆上分配的内存吗？

答案就是否定的了，因为对象是否在堆上分配，其实是取决于虚拟机的实现的。

所以，如果面试中遇到了这样的问题，请先三思哦～

参考资料：
JVM 逃逸分析

OpenJDK wiki

Escape analysis for Java (1999)