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JVM学习心得

最近更新| 发布者: 站长-黑杰克| 查看: |

     一、JAVA内存管理与GC机制
Java在JVM所虚拟出的内存环境中运行,java内存分为栈(stack)和堆(heap)两部分。
 
       在Java中,JVM中的栈记录了线程的方法调用。每个线程拥有一个栈,线程创建时创建栈。在某个线程的运行过程中,如果有新的方法调用,那么该线程对应的栈就会增加一个存储单元,即帧(frame)。在frame中,保存有该方法调用的参数、局部变量、临时数据和返回地址。
 
       栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象),对象都存放在堆区中。 栈分为3个部分:基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。 当被调用方法运行结束时,该方法对应的帧将被删除,参数和局部变量所占据的空间也随之释放。线程回到原方法,继续执行。当所有的栈都清空时,程序也随之运行结束。
2.堆
Java的普通对象存活在堆中。与栈不同,堆的空间不会随着方法调用结束而清空。因此,在某个方法中创建的对象,可以在方法调用结束之后,继续存在于堆中。这带来的一个问题是,如果我们不断的创建新的对象,内存空间将最终消耗殆尽,JVM启动时创建堆。
 
存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令) jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身
3.方法区
方法区是系统分配的一个内存逻辑区域,是用来存储类型信息的(类型信息可理解为类的描述信息)
 
又叫静态区,跟堆一样,被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。 方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素,如class,static变量。
4.运行时数据区过程
 
       统收到了我们发出的指令,启动了一个Java虚拟机进程,这个进程首先从classpath中找到AppMain.class文件,读取这个文件中的二进制数据,然后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的加载过程。
接着,Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码,开始执行它的指令。
执行main()方法第一条指令:
Sample test1=new Sample(“测试1”);
JVM执行该任务过程:
 
      JVM在方法区查找Sample类信息,若没有Sample信息,则装载Sample类,然后把Sample类型信息放在方法区里。 创建实例:首先在堆区为新的实例分配内存,这个Sample实例持有者指向方法区Sample类型信息的引用。这里所说的引用,实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址。而这个地址呢,就存放了在Sample实例的数据区里。 位 于“=”前的test1是一个在main()方法中定义的变量,可见,它是一个局部变量,因此,它被会添加到了执行main()方法的主线程的JAVA方法调用栈中。而“=”将把这个test1变量指向堆区中的Sample实例,也就是说,它持有指向Sample实例的引用。
5.在Java语言里堆(heap)和栈(stack)里的区别
 
栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方。与C++不同,Java自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。另外,栈数据可以共享,详见第6点。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。
6.Java中的数据类型有两种
 
       一种是基本类型(primitive types), 共有8种,即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意,并没有string的基本类型)。这种类型的定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的,称为自动变量。值得注意的是,自动变量存的是字面值,既不是类的实例,也不是类的引用,这里并没有类的存在。
如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用,指向3这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就存在于栈中。
 
另外,栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义
int a = 3;
int b = 3;
译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为3的地址,没找到,就开辟一个存放3这个字面值的地址,然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有3这个字面值,便将b直接指向3的地址。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。
 
       特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。如上例,我们定义完a与 b的值后,再令a=4;那么,b不会等于4,还是等于3。在编译器内部,遇到a=4;时,它就会重新搜索栈中是否有4的字面值,如果没有,重新开辟地址存放4的值;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。
 
String是一个特殊的包装类数据。即可以用String str = new String(“abc”);的形式来创建,也可以用String str = “abc”;的形式来创建(作为对比,在JDK 5.0之前,你从未见过Integer i = 3;的表达式,因为类与字面值是不能通用的,除了String。而在JDK 5.0中,这种表达式是可以的!因为编译器在后台进行Integer i = new Integer(3)的转换)。前者是规范的类的创建过程,即在Java中,一切都是对象,而对象是类的实例,全部通过new()的形式来创建。Java 中的有些类,如DateFormat类,可以通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类,似乎违反了此原则。其实不然。该类运用了单例模式来返回类的实例,只不过这个实例是在该类内部通过new()来创建的,而getInstance()向外部隐藏了此细节。那为什么在String str = “abc”;中,并没有通过new()来创建实例,是不是违反了上述原则?其实没有。
 
关于String str = “abc”的内部工作。Java内部将此语句转化为以下几个步骤:
  (1)先定义一个名为str的对String类的对象引用变量:String str;
  (2)在栈中查找有没有存放值为”abc”的地址,如果没有,则开辟一个存放字面值为”abc”的地址,接着创建一个新的String类的对象o,并将o 的字符串值指向这个地址,而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。如果已经有了值为”abc”的地址,则查找对象o,并返回o的地址。
  (3)将str指向对象o的地址。
  值得注意的是,一般String类中字符串值都是直接存值的。但像String str = “abc”;这种场合下,其字符串值却是保存了一个指向存在栈中数据的引用!
为了更好地说明这个问题,我们可以通过以下的几个代码进行验证。
  String str1 = “abc”;
  String str2 = “abc”;
  System.out.println(str1==str2); //true
  注意,我们这里并不用str1.equals(str2);的方式,因为这将比较两个字符串的值是否相等。==号,根据JDK的说明,只有在两个引用都指向了同一个对象时才返回真值。而我们在这里要看的是,str1与str2是否都指向了同一个对象。
  结果说明,JVM创建了两个引用str1和str2,但只创建了一个对象,而且两个引用都指向了这个对象。
  我们再来更进一步,将以上代码改成:
  String str1 = “abc”;
  String str2 = “abc”;
  str1 = “bcd”;
  System.out.println(str1 + “,” + str2); //bcd, abc
  System.out.println(str1==str2); //false
  这就是说,赋值的变化导致了类对象引用的变化,str1指向了另外一个新对象!而str2仍旧指向原来的对象。上例中,当我们将str1的值改为”bcd”时,JVM发现在栈中没有存放该值的地址,便开辟了这个地址,并创建了一个新的对象,其字符串的值指向这个地址。
  事实上,String类被设计成为不可改变(immutable)的类。如果你要改变其值,可以,但JVM在运行时根据新值悄悄创建了一个新对象,然后将这个对象的地址返回给原来类的引用。这个创建过程虽说是完全自动进行的,但它毕竟占用了更多的时间。在对时间要求比较敏感的环境中,会带有一定的不良影响。
  再修改原来代码:
  String str1 = “abc”;
  String str2 = “abc”;
  str1 = “bcd”;
  String str3 = str1;
  System.out.println(str3); //bcd
  String str4 = “bcd”;
  System.out.println(str1 == str4); //true
  str3 这个对象的引用直接指向str1所指向的对象(注意,str3并没有创建新对象)。当str1改完其值后,再创建一个String的引用str4,并指向因str1修改值而创建的新的对象。可以发现,这回str4也没有创建新的对象,从而再次实现栈中数据的共享。
  我们再接着看以下的代码。
  String str1 = new String(“abc”);
  String str2 = “abc”;
  System.out.println(str1==str2); //false
  创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。
  String str1 = “abc”;
  String str2 = new String(“abc”);
  System.out.println(str1==str2); //false
  创建了两个引用。创建了两个对象。两个引用分别指向不同的两个对象。
  以上两段代码说明,只要是用new()来新建对象的,都会在堆中创建,而且其字符串是单独存值的,即使与栈中的数据相同,也不会与栈中的数据共享。
 
数据类型包装类的值不可修改。不仅仅是String类的值不可修改,所有的数据类型包装类都不能更改其内部的值。
 
结论与建议:
  (1)我们在使用诸如String str = “abc”;的格式定义类时,总是想当然地认为,我们创建了String类的对象str。担心陷阱!对象可能并没有被创建!唯一可以肯定的是,指向 String类的引用被创建了。至于这个引用到底是否指向了一个新的对象,必须根据上下文来考虑,除非你通过new()方法来显要地创建一个新的对象。因此,更为准确的说法是,我们创建了一个指向String类的对象的引用变量str,这个对象引用变量指向了某个值为”abc”的String类。清醒地认识到这一点对排除程序中难以发现的bug是很有帮助的。
  (2)使用String str = “abc”;的方式,可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = new String(“abc”);的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。这个思想应该是享元模式的思想,但JDK的内部在这里实现是否应用了这个模式,不得而知。
  (3)当比较包装类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==。
  (4)由于String类的immutable性质,当String变量需要经常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。


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