ヒープって何？

Question

JAVAのオブジェクト指向を勉強・練習している者です。説明が下手ですいませんが、

「スッキリわかるJava入門 第2版 (スッキリシリーズ) 」の（P91の）「クラス型と参照」にて

インスタンスとは「ヒープの中に確保されたメモリ領域」

と書かれていますが、「ヒープ」というのはどういうことなのかよくわかりません。

この参考書に書いてあるのは、「ヒープ」とは

Javaのプログラムを実行する際に、JVMが大量にメモリ領域（通常は数百MB～数GB）を使って準備するもの

と書かれているんですが、どういうことなのかよくわかりません。

ヒープって何なんですか？

できればわかりやすく教えてくれませんか？ 

よろしくお願いします。

Answer 1

インスタンスとは「ヒープの中に確保されたメモリ領域」
Javaのプログラムを実行する際に、JVMが大量にメモリ領域（通常は数百MB～数GB）を使って準備するもの

おっしゃる通り、用語説明が巡回していますね。ただ、この文を読むだけでは特にヒープの仕組みを知る必要はないです。単に「コンピュータのメモリ領域の一部」とだけ認識すれば十分でしょうね。

（まあ、強いて書くならばスタック領域と別の種類のメモリ領域もあるわけで、著者がこちらとは別物であることを強調したいのかもしれませんね。ただし、この違いを理解するならばjava VMについての専門知識が必要となります。）

Answer 2

Javaだと説明がしにくいので、C/C++も混ぜて説明しますね。

ヒープ領域っていうのは、

簡単に言えば「動的メモリ用の領域」っていう感じでしょうか。

C言語だと malloc/free っていうもので行うやつです。

C++だと new/delete となります。

C++で Testという自作クラスからインスタンスを生成する場合は、

Test test(引数);

か

Test* test = new Test(引数);

になります。

2つ目の new を使っている方に着目してみましょうか。

あれ?

Javaでのオブジェクト ( インスタンス ) を生成するときに似ていません?

Javaだと

Test test = new Test(引数);

ですよね。

ポインタをあらわす アスタリスク (*) があるかないかぐらいの違いに見えません?

そこから考えて、

malloc/freeで生成するような動的確保は ヒープ領域に確保されるってあるので、

それに相当する new/delete も同じと考えると...

Javaでのインスタンス化も同じでは?

となりませんか?

そこから考えて、

普通の変数 ( int, long, float, double などのようなプリミティブ型等 ) は

「スタック領域」に、

newで生成するような動的確保は「ヒープ領域」に配置されるのだと思います。

つまり、
**ヒープ領域とは、newで生成・確保する動的メモリ用の領域のこと**だと思います。

C言語やC++は Free関数というものや delete文? でオブジェクトを破棄する必要があるようですが、

Javaとかみたいな言語は、ガーベージコレクタっていうのかな。

それが使わないと判断したら破棄してくれるようなので、delete文?がないようです。

(追記1)
コメント読みました。
動的メモリについてですか...
私は趣味でやっていて、イメージからしか理解していないので、
説明がしづらいですので、検索してみます。

「動的メモリとは」等で検索すると
http://wisdom.sakura.ne.jp/programming/c/c55.html
のようなサイトがヒットします。

上記サイトはC言語用ですが、"動的メモリとは" を学ぶために紹介します。

普通、配列は、(少なくともC/C++では) 決められた範囲しか使えません。
範囲というか要素数。
要素数50 としても、Firefoxとかみたいにかなりメモリを消費するような場合があります。
ブラウザってタブが複数開けますよね。
固定ではないので、毎回必要なメモリが変わります。
こういう場合に "大きさが変わる" 配列のようなものを用意します。
これが動的メモリっていう感じかな。

Java の ArrayListとかは 内部では この動的メモリを行っているのではないでしょうか?

Comments

[mr0237]

動的メモリって何なんですか？　わかりやすく教えてください。

Answer 3

こんにちは。

ヒープは、プログラムの起動後にOSから借りて来るメモリです。そして、物理メモリがある限り大量に借りてくることができます。ヒープはアドレスが連続している必要がないので物理メモリの限界まで借りることができます。

C++ですが、入門講座でヒープについて少し解説してます。C++とJavaは文法もそっくりなので、参考になるかも知れません。
リンク先の説明とJavaの対応は主に以下です。

C++のポインタはJavaの参照型変数とほぼ同じものです。そして、Javaにはdeleteがなく、その代わりGC（ガベージ・コレクション）で使わなくなったメモリを自動的にヒープへ返却します。

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【余談ですが】
この辺はJava等のGC内蔵の言語だけやっていると理解することが難しい部分です。
メモリ・リークは非常に頭の痛いバグで、Javaはメモリ・リークしにくいようGCを実装しています。なので、逆にメモリ・リークを避けるための解説があまり為されないからです。
C言語やC++では避けるために非常に注意深く開発する必要があるので、逆に解説が多数あるのです。

Answer 4

ヒープという名前の領域があります。
その領域の中から、インスタンスとして一部が使用されます。
まずはそういう理解でいいと思います。

ヒープ内は細かく区切られており、それぞれが「未使用」か「使用中」の2つの状態になっています。
new等の関数によって、新しくヒープ内から確保する必要が出てきたときは、「未使用」の部分から必要なだけ切り取って使います。

感覚としてはそのような感じです。
ヒープという単語の意味としては「山積み」という意味で、乱雑に積まれているイメージからこの名前がついています。
ヒープの使い方が悪いと、未使用領域がバラバラに分断された状態になります。
この状態をフラグメンテーション状態と呼ぶのですが、この状態を解消するのが「デフラグ」ですね。

Answer 5

Javaでいうヒープとは「参照型のインスタンスが作られたときJavaVMがインスタンスを記録するために使うメモリー上の領域のこと」と理解しておけば概ねよいと思います。ヒープとは何か？ではなく「この目的に使われるメモリーの領域が」ヒープと理解しておくわけです。

しかしヒープはJava独自の用語ではありません。BeatStarさんがおっしゃるように動的にメモリーを確保したりそれを開放したりするような場合、そのような目的で使うメモリーの領域を一般にヒープと呼びます。ただ、その用語を本当に実感するにはJavaの枠内を少し飛び出した方がよいようにかんじます。BeatStarさんがC/C++を持ち出しているのにもそれなりの理由があるように思えるのです。

つまりJavaは参照型が全てヒープ上に確保されていてそれらの管理はJavaVMに面倒を見てもらっているのですが、そうでないものとはどんなものかを知った方がヒープ・動的確保・静的確保を実感できると思えるからです。例えばちょこっとCに触れてみるというのは役立つ気がします。

Javaのみの機能に限定してヒープやデータの動的確保の根源的な意味を詳しく説明しようとすると誰しも「ちょっとつまってしまう」ような気がします・・・