规雨

2020-03-25 14:26 已编辑 Java

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Java学习笔记-全栈-Java基础-04-内存分析、类初始化与类加载

内存分析

一、栈
二、堆
- Method area（方法区、静态区）
  - 常量池
三、类加载过程
四、类的引用
- 1. 类的主动引用
- 2. 类的被动引用
五、类加载

在总体上，Jvm包含两个内存区，栈stack，堆heap（堆包含method area）。

一、栈

描述方法执行的内存模型，每个方法被调用都会创建一个栈帧（存储局部变量，操作数，方法出口等）
JVM为每个线程创建一个栈，用于存放该线程执行方法的信息(实际参数、局部变量等)
栈属于线程私有，不能实现线程间的共享
先入后出
栈是由系统自动分配，速度快，是一个连续的内存空间

二、堆

用于存储对象
JVM只有一个堆，被所有线程共享
堆是一个不连续的内存空间，分配灵活，速度慢

假设上图程序为Test.java 文件，则在命令行中编译后运行的命令是：java Test；这意味着，一开始直接执行整个类，因此最先构造方法区，将类中相关信息保存在方法区中，然后压main函数栈。

Method area（方法区、静态区）

JVM只有一个方法区，被所有线程共享。
方法区实际也是堆，只是用于存储类、常量相关的信息。
用来存放程序中永远是不变或唯一的内容。(类信息（代码）、静态变量、静态方法、字符串常量等)

此时可以解释为什么字符串是不可变对象，当类加载的时候，字符串已经被放在method area中，对于相同字符串内容的对象（如String a="Hello"和String b=“Hello”）实际指向的是在method area中的同一个字符串常量。
一般情况下，Method area在类加载时已经确定，若对其操作（修改字符串），自然是无效的，只能创建新的变量。

常量池

全局字符串常量池String Pool
- 类加载完成后，在堆中生成字符串对象实例，存放字符串常量的引用值。
Class文件常量池Class Constant Pool
- 在编译阶段，存放常量（文本字符串、final常量等）和符号引用。
运行时常量池Runtime Constant Pool
- 类加载完成后，将每个在Class Constant Pool中的符号引用转存到Runtime Constan Pool（即，每个class都有一个Runtime Constant Pool）。类解析之后，符号引用替换为直接引用，与String Pool引用值保持一致。

三、类加载过程

1. 加载

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据，在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口。需要类加载器的参与

2. 链接

将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程

验证：

确保加载的类信息符合JVM规范，进行安全检测

准备

正式为类变量（static修饰）分配内存并设置变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配

解析

Method area中的符号引用替换为直接引用

3. 初始化（重要）

1.执行类构造器<clinit>()方法的过程：由编译器自动收集类中的所有类变量和静态语句块
2.初始化一个类时，若其父类还没有进行初始化，则先对其父类发起初始化（继承树回溯初始化）
3.JVM会保证类构造器<clinit>()在多线程中被正确加锁和同步
4.当访问一个Java类的静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化

对于初始化的解释
初始化的过程非常重要，需要明确其中的每一步。

假设代码如下

class Parent {
	static {
		System.out.println("父类被初始化");
	}
}

class Son extends Parent{
	static {
		System.out.println("子类被初始化");
	}
}


public class Test{
	public static void main(String[] args) {
		Son p1 = new Son();
	}
}

输出结果：

父类被初始化
子类被初始化

涉及知识点：
1. 静态语句块被收集
2. 继承树回溯初始化

假设代码如下

package xmlStudy;


class Parent {
	
	static String string="parent";
	
	static {
		System.out.println("父类被初始化");
	}
	
}

class Son extends Parent{
	static {
		System.out.println("子类被初始化");
	}
}

public class Test{
	public static void main(String[] args) {		
		System.out.println(Son.string);
	}
}

输出结果：

父类被初始化
parent

代码分析

我在parent中加了一个静态变量string，然后在main中使用Son指向string，根据4.当访问一个Java类的静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化，只有父类会被初始化

四、类的引用

1. 类的主动引用

类的主动引用一定会发生类的初始化

new一个类对象
调用类的静态域（成员和方法），不包括final常量
使用java.lang.reflect包的方法堆类进行反射调用
虚拟机启动类，如命令行编译后执行 java Test ，则Test类一定会被初始化
继承树回溯初始化，当父类没有被初始化时，优先初始化父类。

2. 类的被动引用

类的被动引用不会发生类的初始化

访问静态域时，真正声明这个域的类才会被初始化（通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化，参照上面代码）
通过数组定义类引用，不会导致类的初始化
引用常量不会触发初始化（常量在编译阶段就被放入method area中）

五、类加载

1. 树状组合结构

引导类加载器（bootstrap）：
- 用于加载java最底层核心库的内容(jre/lib/rt.jar，sun.boot.class.path)，C语言编写
- 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定他们的父类加载器
扩展类加载器（extensions）：
- 用于加载扩展库(jre/ext/*.jar，java.ext.dirs)
- 由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
应用程序类加载器（application）
- 根据类路径(classpath, java.class.path)加载，一般的应用类都由其完成加载。
- 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
自定义类加载器
- 通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义

除了引导类使用C写的，其他都是java写的（继承Java.class.ClassLoader类）

2. Java.class.ClassLoader类

作用：

根据指定类名称，找到或生成对应的字节码，然后从这些字节码中定义出一个Java实例。
负责加载Java应用所需资源，如配置文件、图像文件等。

3. 类加载器模式：双亲委托***模式

接收到加载类的请求时，先层层上递给父类（直到最高的引导类加载器），若父类无法加载，再往下放一级，重复直到加载成功。

这种模式能够保证核心库的安全，比如，不可能出现用户定义Object类的情况。

但并非所有的类加载器都是这种模式，tomcat服务器的类加载器恰恰相反，由子类加载，子类加载失败再层层委托给父类进行加载。

4. 常见自定义类加载器：

1.文件系统类加载器

2.网络类加载器

3.解密加载器

将代码通过IO流进行加密
通过自定义的类加载器，实现对类的解密加载。

4.线程上下文类加载器：

由于某些API由Boot或Ext加载，而第三方厂商提供的“实现”（如JDBC）却是由App加载器加载，这就导致API与“实现”不匹配的情况（双亲委派机制导致）。这种问题称为API+SPI（service provide interface）问题。线程上下文类加载器用于解决此类问题。
常见的SPI由JDBC、JCE、JNDI、JAXP和JBI等。

5. 类加载器常见问题

一般情况下，保证同一个类关联的其他类都是由当前类的类加载器共同加载
需要动态加载资源时，至少可使用
- system classloader or application classloader
- 当前类加载器
- 当前线程类加载器
  - 每个线程都有一个关联的上下文类加载器，可用其避开双亲委派加载链。
  - 使用new Thread()创建的线程，将自动继承父线程的类加载器。
  - 若不进行更改，程序中的所有线程都将使用系统类加载器作为上下文类加载器。
- Thread.currentThread().getContextClassLoader()