Speichermodell Java

Java teilt den Arbeitsspeicher eines laufenden Programms in zwei Bereiche, die sich unterschiedlich verhalten: den Kellerstapel und die Halde.

Der Kellerstapel (englisch call stack, auch Aufrufstapel) verwaltet die Methodenaufrufe. Für jeden laufenden Aufruf liegt dort ein Kellerrahmen (englisch stack frame) mit den Parametern und lokalen Variablen dieses Aufrufs und der Stelle, an die nach dem return zurückgesprungen wird.
Die Halde (englisch heap) verwaltet die Objekte. Alles, was mit new entsteht, liegt dort – auch jedes Feld.

Eine Variable von einem Objekttyp liegt also im Kellerrahmen; das Objekt, auf das sie verweist, liegt auf der Halde. Bei einem elementaren Datentyp wie int steht der Wert dagegen direkt im Kellerrahmen.

Die beiden Bereiche im Vergleich

	Kellerstapel	Halde
Was liegt dort?	Kellerrahmen: Parameter, lokale Variablen, Rücksprungstelle	Objekte, also alles aus `new`
Wer legt an?	jeder Aufruf einer Methode	jedes `new`
Wann wird aufgeräumt?	beim `return`, sofort	wenn keine Referenz mehr zeigt, durch die Speicherbereinigung
Reihenfolge	streng: zuletzt angelegt, zuerst abgeräumt	beliebig
Größe	begrenzt, daher der Stapelüberlauf	wesentlich größer

Im Java Memory Playground nachbauen

Das folgende Programm legt einen Punkt in einer Methode an und gibt ihn zurück:

void main() {
    Punkt p = erzeuge(3, 4);
}
 
Punkt erzeuge(int pX, int pY) {
    Punkt neuer = new Punkt(pX, pY);
    return neuer;
}

Baue die Schritte nach. Entscheidend ist der letzte: Der Kellerrahmen von erzeuge verschwindet samt seiner lokalen Variable neuer, das Objekt auf der Halde bleibt.

Speicherbereinigung

Die Halde läuft nicht voll, weil Java erkennt, auf welche Objekte keine Referenz mehr zeigt, und deren Platz wieder freigibt. Man nennt das Speicherbereinigung (englisch garbage collection). Entscheidend ist allein die Erreichbarkeit: Zu einem Objekt, zu dem kein Verweis mehr führt, kommt das Programm nie wieder hin.

Stapelüberlauf

Der Kellerstapel ist begrenzt. Jeder noch nicht zurückgekehrte Aufruf belegt einen Rahmen; passt keiner mehr darauf, bricht das Programm mit einem Stapelüberlauf ab (StackOverflowError). Typischer Auslöser ist eine Rekursion ohne Basisfall: Kein Aufruf kehrt zurück, also wird kein Rahmen abgeräumt.

Ausführlich behandelt wird das Modell in der Lektion Kellerstapel und Halde.