Как Java хранит данные в памяти?

Информация в посте приведена на основе книги Эккель Б. Философия Java (4-е издание)

Каждый язык программирования имеет свои средства для работы с данными в памяти. В Java вы обращаетесь со всеми данными как с объектом. Идентификатор, которым вы манипулируете, на самом деле представляет собой ссылку на объект.

Когда вы определяете ссылку, желательно присоединить ее к новому объекту. Обычно это делается при помощи ключевого слова new. Фактически оно означает: "Создайте мне новый объект". Например

String s = new String("Hello world");

Полезно отчетливо представлять, что происходит во время работы программы, и в частности, как данные размещаются в памяти. Существует пять разных мест для хранения данных

1. Регистры. Это самое быстрое хранилище, потому что данные хранятся прямо внутри процессора. Однако количество регистров жестко ограничено, поэтому регистры используются компилятором по мере необходимости. У вас, как программиста, нет прямого доступа к регистрам, вы не найдете и малейших следов их поддержки в языке.
2. Стек. Эта область хранения данных находится в общей оперативной памяти (RAM), но процессор предоставляет прямой доступ к ней с использованием указателя стека. Указатель стека перемещается вниз для выделения памяти или вверх для ее освобождения. Это чрезвычайно быстрый и эффективный способ размещения данных, по скорости уступающий только регистрам. Во время обработки программы компилятор Java должен знать жизненный цикл данных, размещаемых в стеке. Это ограничение уменьшает гибкость ваших программ, поэтому, хотя некоторые данные Java хранятся в стеке (особенно ссылки на объекты), сами объекты Java не помещаются в стек.
3. Куча. Пул памяти общего назначения (находится также в RAM), в котором размещаются все объекты Java. Преимущество кучи состоит в том, что компилятору не обязательно знать, как долго просуществуют находящиеся там объекты. Таким образом, работа с кучей дает значительное преимущество в гибкости. Когда вам нужно создать объект, вы пишете код с использованием new, и память выделяется из кучи во время выполнения программы. Конечно, за гибкость приходится расплачиваться: выделение памяти из кучи занимает больше времени, чем в стеке.
4. Постоянное хранилище. Значения констант часто встраиваются прямо в код программы, так как они неизменны. Иногда такие данные могут размещаться в постоянной памяти (ROM), если речь идет о "встроенных" системах.
5. Внешнее хранилище. Если данные хранятся вне программы, они могут существовать и тогда, когда она не выполняется. Два основных примера: потоковые объекты (streamed objects)‚ в которых объекты представлены в виде потока байтов, обычно используются для передачи на другие машины, и долгоживущие (persistent) объекты, которые запоминаются на диске и сохраняют свое состояние даже после окончания работы программы. Особенностью этих видов хранения данных является возможность перевода объектов в нечто, что может быть сохранено на другом носителе информации, а потом восстановлено в виде обычного объекта, хранящегося в оперативной памяти. В Java организована поддержка легковесного (lightweight) сохранения состояния, а такие механизмы, как JDBC и Hibernate, предоставляют более совершенную поддержку сохранения и выборки информации об объектах из баз данных.

Source: proft.me