java內(nèi)存區(qū)域概述
java內(nèi)存區(qū)域
java虛擬機所管理的內(nèi)存會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū):
程序計數(shù)器:存儲下一條指令的地址,每個線程都有一個程序計數(shù)器
虛擬機棧:也是線程私有的,每進(jìn)入一個方法都會在棧中申請一個棧幀用于存儲局部變量,參數(shù)等。
本地方法棧:為native方法服務(wù)
堆:所有的線程共享,是存儲實例對象的空間,可通過-Xmx和-Xms來指定堆的大小
方法區(qū):存儲已經(jīng)加載的類信息,運行時常量池是方法區(qū)的一部分,用于存儲直接引用和class文件中的常量池中的常量
對象訪問
JVM主流的訪問方式有兩種:
句柄訪問方式:棧中的引用指向堆中的句柄池,句柄池中有兩項數(shù)據(jù):方法區(qū)中的類數(shù)據(jù)和堆中的實例對象數(shù)據(jù)。
直接訪問方式:棧中的引用直接指向堆中的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它包含實例對象數(shù)據(jù)以及到類數(shù)據(jù)的引用。
垃圾回收
找到垃圾的算法有如下這些:
引用計數(shù)算法:給對象添加一個引用計數(shù)器,每當(dāng)有一個地方引用對象,就給對象的計數(shù)器加1,當(dāng)引用失效時,計數(shù)器減1。當(dāng)計數(shù)器為0時就是對象不再被使用了。這個算法無法解決對象之間互相引用的問題。
根搜索算法:從GC Roots作為起點,向下搜索,不可達(dá)的對象說明可以被回收。GC Roots可以是棧中的引用,類靜態(tài)變量,常量的引用等。
對象的回收:一個對象即使不可達(dá)也沒有立即死亡,垃圾回收器會調(diào)用一次它的finalize(),有可能它在那里把自己給拯救了,也有可能直接死了。如果重新變成可達(dá),之后再被清理時就不會再調(diào)用finalize()了,也就是這個方法只被調(diào)用一次。
類的回收:一個類在以下情況下被視為無用的類:該類的所有實例已經(jīng)被回收,加載該類的ClassLoader被回收,代表該類的Class對象已經(jīng)不可達(dá)。
垃圾收集算法:
標(biāo)記-清理算法:找到垃圾(使用根搜索算法)并標(biāo)記他們,然后清理它們所在的內(nèi)存。缺點是效率低,并且造成內(nèi)存碎片。
復(fù)制算法:將內(nèi)存對半分,只使用其中一塊內(nèi)存,每次收集都是復(fù)制有用對象到另一塊沒有用的內(nèi)存中。缺點是浪費一半的空間。
標(biāo)記整理算法:標(biāo)記垃圾,然后把有用的對象整理到一端,并清理掉除此之外的內(nèi)存。
分代收集算法:根據(jù)對象的生命周期(有的生命周期長,有的生命周期短)分為新生代和老年代。在新生代采用復(fù)制算法(大部分的新生代都會被回收,所以需要復(fù)制的對象就很少了),在老年代采用標(biāo)記-整理算法或標(biāo)記清理算法。
class文件格式
整個class文件本質(zhì)上就是一張表,下面是其內(nèi)容:
魔數(shù)(1-4字節(jié)):文件以COFEBABE開頭,標(biāo)識class文件,不是以它開頭的都不會被虛擬機處理。
版本號(5-6,7-8字節(jié)):次版本號,主版本號。生成class文件的編譯器的版本。可向前兼容,不可向后兼容。
常量池(9-n字節(jié)):開始的兩個字節(jié)表示常量池中常量的數(shù)目,計數(shù)從1開始。接下來是每個常量,常量池中存放兩大類的常量:字面量和符號引用。符號引用又分為三類:類和接口的權(quán)限定名,字段的名稱和描述符,方法的名稱和描述符。常量的項目類型有11種:
類型 標(biāo)志 描述 結(jié)構(gòu)
CONSTANT_Utf8_info 1UTF-8編碼的字符串 tag(u1)+length(u2)+bytes(u1,length個)
CONSTANT_Integer_info 3整型字面量
tag(u1)+byte(u4)
CONSTANT_Float_info 4浮點型字面量 tag(u1)+byte(u4)
CONSTANT_Long_info 5長整型字面量 tag(u1)+byte(u8)
CONSTANT_Double_info 6雙精度浮點型字面量 tag(u1)+byte(u8)
CONSTANT_Class_info 7類或接口的符號引用 tag(u1)+name_index(u2)
CONSTANT_String_info 8字符串類型字面量 tag(u1)+index(u2)
CONSTANT_Fieldref_info 9字段的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)
CONSTANT_Methodref_info 10方法的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)
CONSTANT_InterfaceMethodref_info 11接口方法的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)
CONSTANT_NameAndType_info 12字段或方法的部分符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)
訪問標(biāo)志(n+1,n+2):16位來表示類是否為public等訪問信息。
標(biāo)志名稱 值
ACC_PUBLIC 0x0001
ACC_FINAL 0x0010
ACC_SUPER 0x0020
ACC_INTERFACE 0x0200
ACC_ABSTRACT 0x0400
ACC_SYNTHETIC 0x1000
ACC_ANNOTATION 0x2000
ACC_ENUM 0x4000
類索引(n+3,n+4),父類索引(n+5,n+6):常量池中的某項的索引
接口索引集合(n+7,n+8):接口數(shù)量,以及接下來的每個接口在常量池中的索引
接下來還有一些可選的項,不細(xì)說了。
類的加載
類加載器機制:JVM把class文件加載到內(nèi)存,然后驗證,檢驗,解析,初始化,最終變成JVM可以使用的java類型。類型的加載和連接都是在程序的運行期間完成的。
類型的生命周期:加載,連接(驗證,準(zhǔn)備,解析),初始化,使用,卸載,其中解析過程可以延遲。
以下四種情況會對類進(jìn)行初始化:
new,讀寫靜態(tài)變量(不是final類型),調(diào)用靜態(tài)方法
反射調(diào)用
如果父類還沒初始化,就先初始化父類
如果是主類(運行main所在的類),則初始化主類
需要注意的是,當(dāng)A[] a = new A[10]時并不會加載A類。
類加載的過程:加載,連接,初始化統(tǒng)稱為類加載過程。
加載:加載階段JVM完成三件事:根據(jù)類的全限定名加載二進(jìn)制流(class文件),將class文件的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),創(chuàng)建一個代表該類的Class對象。
驗證:確保class文件的字節(jié)流包含的信息符合當(dāng)前虛擬機的要求。大致上完成四個檢驗過程:文件格式驗證,元數(shù)據(jù)驗證,字節(jié)流驗證,符號引用驗證。
準(zhǔn)備:在方法區(qū)中為類變量分配內(nèi)存,并賦初始值(0或null),如果是常量就直接為定義的值。
解析:將符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用,符號引用可以是可定位到目標(biāo)的任何形式的字面量,可能還不在內(nèi)存中;而直接引用則是已經(jīng)在內(nèi)存中的地址。解析主要是針對類,接口,字段,類或接口的方法這些符號引用進(jìn)行的。
初始化:初始化的過程就是執(zhí)行類構(gòu)造器
類加載器
虛擬機的設(shè)計團(tuán)隊把類加載階段中的“通過一個類的全限定名來獲取描述這個類的二進(jìn)制流”這個動作放到虛擬機外面去實現(xiàn),以便讓程序自己覺得如何獲取所需要的類。這個動作的代碼模塊就是類加載器。
雖然類加載器只是加載類文件,但它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于類加載階段。對于任意一個類,都需要由類加載器和類本身共同確定在虛擬機中的唯一性。
從虛擬機的角度看,類加載器分為兩種,一是啟動類加載器,它是虛擬機的一部分,由C++實現(xiàn);二是其他的類加載器,獨立于虛擬機,由java實現(xiàn),繼承ClassLoader抽象類
。
從java開發(fā)人員的角度來看,類加載器可再細(xì)分,通常會用到三種系統(tǒng)提供的類加載器:
啟動類加載器:加載
擴展類加載器:加載
應(yīng)用程序類加載器(也叫系統(tǒng)類加載器):加載用戶classpath指定的目錄下的所有類庫,如果沒有自定義那就使用默認(rèn)的系統(tǒng)類加載器。
雙親委派模型:要求除了啟動類加載器之外的所有類加載器都有自己的父類加載器,這里子類加載器并不是通過繼承而是通過組合的方式來復(fù)用父類加載器的代碼。雙親委派模型的工作流程是:當(dāng)類加載器要加載一個類時總是先讓父類加載器去加載,如此層層往上委派,最后到啟動類加載器,如果它能加載就加載那個類,不能加載就層層往下讓其子類加載器加載。
執(zhí)行引擎
執(zhí)行引擎是虛擬機的一個核心組成部分。虛擬機是相對于物理機而言的,區(qū)別在于物理機的執(zhí)行引擎是建立在硬件,指令,操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上,而虛擬機的執(zhí)行引擎則是由自己實現(xiàn)。因此虛擬機可以定義自己的指令集和執(zhí)行引擎的體系結(jié)構(gòu)。
運行時棧幀結(jié)構(gòu):棧幀結(jié)構(gòu)是支持虛擬機方法調(diào)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是虛擬機棧的棧元素,用于存儲局部變量表(包括方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量)、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法返回地址等信息。每一個方法調(diào)用從開始到結(jié)束的過程也就是棧幀入棧和出棧的過程。