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Java內存分配全面淺析

日期:2017/3/1 10:20:06   编辑:Linux編程

本文將由淺入深詳細介紹Java內存分配的原理,以幫助新手更輕松的學習Java。這類文章網上有很多,但大多比較零碎。本文從認知過程角度出發,將帶給讀者一個系統的介紹。

進入正題前首先要知道的是Java程序運行在JVM(Java Virtual Machine,Java虛擬機)上,可以把JVM理解成Java程序和操作系統之間的橋梁,JVM實現了Java的平台無關性,由此可見JVM的重要性。所以在學習Java內存分配原理的時候一定要牢記這一切都是在JVM中進行的,JVM是內存分配原理的基礎與前提。

簡單通俗的講,一個完整的Java程序運行過程會涉及以下內存區域:

l 寄存器:JVM內部虛擬寄存器,存取速度非常快,程序不可控制。

l 棧:保存局部變量的值,包括:1.用來保存基本數據類型的值;2.保存類的實例,即堆區對象的引用(指針)。也可以用來保存加載方法時的幀。

l 堆:用來存放動態產生的數據,比如new出來的對象。注意創建出來的對象只包含屬於各自的成員變量,並不包括成員方法。因為同一個類的對象擁有各自的成員變量,存儲在各自的堆中,但是他們共享該類的方法,並不是每創建一個對象就把成員方法復制一次。

l 常量池:JVM為每個已加載的類型維護一個常量池,常量池就是這個類型用到的常量的一個有序集合。包括直接常量(基本類型,String)和對其他類型、方法、字段的符號引用(1)。池中的數據和數組一樣通過索引訪問。由於常量池包含了一個類型所有的對其他類型、方法、字段的符號引用,所以常量池在Java的動態鏈接中起了核心作用。常量池存在於堆中。

l 代碼段:用來存放從硬盤上讀取的源程序代碼。

l 數據段:用來存放static定義的靜態成員。

下面是內存表示圖:

上圖中大致描述了Java內存分配,接下來通過實例詳細講解Java程序是如何在內存中運行的(注:以下圖片引用自尚學堂馬士兵老師的J2SE課件,圖右側是程序代碼,左側是內存分配示意圖,我會一一加上注釋)。

預備知識:

1.一個Java文件,只要有main入口方法,我們就認為這是一個Java程序,可以單獨編譯運行。

2.無論是普通類型的變量還是引用類型的變量(俗稱實例),都可以作為局部變量,www.linuxidc.com 他們都可以出現在棧中。只不過普通類型的變量在棧中直接保存它所對應的值,而引用類型的變量保存的是一個指向堆區的指針,通過這個指針,就可以找到這個實例在堆區對應的對象。因此,普通類型變量只在棧區占用一塊內存,而引用類型變量要在棧區和堆區各占一塊內存。

示例:

1.JVM自動尋找main方法,執行第一句代碼,創建一個Test類的實例,在棧中分配一塊內存,存放一個指向堆區對象的指針110925。

2.創建一個int型的變量date,由於是基本類型,直接在棧中存放date對應的值9。

3.創建兩個BirthDate類的實例d1、d2,在棧中分別存放了對應的指針指向各自的對象。他們在實例化時調用了有參數的構造方法,因此對象中有自定義初始值。

調用test對象的change1方法,並且以date為參數。JVM讀到這段代碼時,檢測到i是局部變量,因此會把i放在棧中,並且把date的值賦給i。

把1234賦給i。很簡單的一步。

change1方法執行完畢,立即釋放局部變量i所占用的棧空間。

調用test對象的change2方法,以實例d1為參數。JVM檢測到change2方法中的b參數為局部變量,立即加入到棧中,由於是引用類型的變量,所以b中保存的是d1中的指針,此時b和d1指向同一個堆中的對象。在b和d1之間傳遞是指針。

change2方法中又實例化了一個BirthDate對象,並且賦給b。在內部執行過程是:在堆區new了一個對象,並且把該對象的指針保存在棧中的b對應空間,此時實例b不再指向實例d1所指向的對象,但是實例d1所指向的對象並無變化,這樣無法對d1造成任何影響。

change2方法執行完畢,立即釋放局部引用變量b所占的棧空間,注意只是釋放了棧空間,堆空間要等待自動回收。

調用test實例的change3方法,以實例d2為參數。同理,JVM會在棧中為局部引用變量b分配空間,並且把d2中的指針存放在b中,此時d2和b指向同一個對象。再調用實例b的setDay方法,其實就是調用d2指向的對象的setDay方法。

調用實例b的setDay方法會影響d2,因為二者指向的是同一個對象。

change3方法執行完畢,立即釋放局部引用變量b。

以上就是Java程序運行時內存分配的大致情況。其實也沒什麼,掌握了思想就很簡單了。無非就是兩種類型的變量:基本類型和引用類型。二者作為局部變量,都放在棧中,基本類型直接在棧中保存值,引用類型只保存一個指向堆區的指針,真正的對象在堆裡。作為參數時基本類型就直接傳值,引用類型傳指針。

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