本篇文章給大家?guī)砹岁P(guān)于java的相關(guān)知識(shí)，其中主要整理了JVM的相關(guān)問題，包括了JVM內(nèi)存區(qū)域劃分、JVM類加載機(jī)制、VM的垃圾回收等等內(nèi)容，下面一起來看一下，希望對(duì)大家有幫助。

推薦學(xué)習(xí)：《java視頻教程》

一.JVM內(nèi)存區(qū)域劃分

JVM為什么要?jiǎng)澐殖鲞@些區(qū)域呢?JVM內(nèi)存是從操作系統(tǒng)里面申請(qǐng)過來的,而JVM就根據(jù)功能需求將這些劃分成了一些小的模塊,這樣一塊大的場(chǎng)地就可以劃分成一些小的模塊,然后每個(gè)模塊就負(fù)責(zé)自己的功能就可以了,那接下來看看這些區(qū)域的功能到底是什么呢!

1.程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器是內(nèi)存中最小的區(qū)域,這里面主要保存了下一條要執(zhí)行的指令的地址在哪里(指令就是字節(jié)碼,一般程序要運(yùn)行,JVM就需要把字節(jié)碼加載出來放到內(nèi)存中,然后程序再把一條一條的指令從內(nèi)存中取出來放到CPU上去執(zhí)行,所以必須要記住當(dāng)前執(zhí)行到哪一條指令,以及下一條在哪里,因?yàn)镃PU不是只給一個(gè)進(jìn)程提供服務(wù)的,是給所有的進(jìn)程都提供服務(wù),是并發(fā)式的執(zhí)行程序的,又因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是以線程為單位進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行的,所以每個(gè)線程都要有自己的執(zhí)行位置,也就是每一個(gè)線程都需要有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器來記錄位置!)

2.棧

棧里面存放的主要是局部變量和方法調(diào)用信息,只要涉及到新方法的調(diào)用,就會(huì)有"入棧"的操作,每執(zhí)行完成一個(gè)方法,就會(huì)有"出棧"的操作,而且棧也是每個(gè)線程都有一份的

因此對(duì)于遞歸來說,一定要控制好遞歸條件,否則很有可能會(huì)出現(xiàn)棧溢出(StackOverflowException)異常的!

3.堆

堆是內(nèi)存中空間最大的區(qū)域,而且堆是每個(gè)進(jìn)程只有一份的,進(jìn)程中的多個(gè)線程公用一個(gè)堆,里面主要存放著new出來的對(duì)象以及對(duì)象的成員變量,例如String s = new String()如果在方法里面這里的s就是局部變量是在棧上的,如果這個(gè)s是成員變量,就是在堆上的,而后面new String()是對(duì)象的本體,對(duì)象是在堆上的,這是容易混淆的地方,另外堆還有一個(gè)重要的點(diǎn)就是關(guān)于垃圾回收問題,這個(gè)后面再詳細(xì)介紹!

4.方法區(qū)

方法區(qū)中存放的是"類對(duì)象",平常所寫的.java代碼經(jīng)過編譯器翻譯過后就會(huì)變成.class(二進(jìn)制字節(jié)碼),然后.class就會(huì)被加載到內(nèi)存中,也就被JVM構(gòu)造成了類對(duì)象(加載的過程就是稱為"類加載"),而這些類對(duì)象就會(huì)存放到方法區(qū)中,這里面就具體描述了類長(zhǎng)啥樣(類的名字,類的成員及其成員名成員類型,類的方法及其方法名方法類型,以及一些指令…另外類對(duì)象里面還存放了一個(gè)很重要的東西,就是靜態(tài)成員,一般被static修飾的成員就成為了類屬性,而普通的方法被稱為實(shí)例屬性,這是有很大差別的)!

上面所介紹的是JVM中比較常見的區(qū)域,而一些JVM的內(nèi)存區(qū)域劃分不一定是符合實(shí)際情況的,JVM在實(shí)現(xiàn)的過程中區(qū)域的劃分是不盡相同的,不同的廠商不同版本的JVM都是有可能存在差異的,不過對(duì)于我們普通的程序員而講,只要不是去實(shí)現(xiàn)JVM,那么就不需要了解那么深刻,講上面的幾個(gè)常見的區(qū)域加以了解就可以了!

二.JVM類加載機(jī)制

類加載其實(shí)是設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行時(shí)環(huán)境的一個(gè)重要的功核心功能,這是非常重量級(jí)的,因此我這里也就簡(jiǎn)單介紹一下!

上述就是類加載的具體過程,最后面的Using和Unloading就是使用的過程就不介紹了,就介紹一下前面的三個(gè)大的步驟:

1.Loading(加載)

在loading階段就會(huì)先找到對(duì)應(yīng)的.class文件,然后打開并讀取(根據(jù)字節(jié)流).class文件,同時(shí)初步生成一個(gè)類對(duì)象,這個(gè)和完成的類加載(class Loading)是不相同的,不要弄混淆了!
class文件的具體格式(如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)Java編譯器就得按照這樣的格式來構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)JVM就得按照這個(gè)格式來進(jìn)行加載!):

觀察這個(gè)格式就可以看到.class文件就把.java文件中的核心信息都表述進(jìn)去了,只不過組織格式上發(fā)生了轉(zhuǎn)變,所以loading環(huán)節(jié)就會(huì)把讀取到的信息,初步填寫到類對(duì)象中

2.Linking(連接)

連接一般就是建立好多個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系

2.1.Verification(驗(yàn)證)

Verification就是一個(gè)校驗(yàn)的過程,主要就是驗(yàn)證讀到的內(nèi)容是不是和規(guī)范中規(guī)定的格式完全匹配,如果發(fā)現(xiàn)讀到的數(shù)據(jù)格式不符合規(guī)范,就會(huì)類加載失敗,并且拋出異常!

2.2.Preparation(準(zhǔn)備)

Preparation階段是正式為定義的變量(靜態(tài)變量,就是static修飾的變量)分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段,就會(huì)給每個(gè)靜態(tài)變量分配內(nèi)存,并且設(shè)置為0值!

2.3.Resolution(解析)

Resolution階段是Java虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程,也就是初始化常量的過程,.class文件中常量是集中放置的,每個(gè)常量會(huì)有一個(gè)編號(hào),而在.class文件中的結(jié)構(gòu)體里初始情況就只是記錄的編號(hào),然后就可以根據(jù)這個(gè)編號(hào)找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)容,再填充到類對(duì)象中!

3.Initialization(初始化)

Initialization階段就是真正的對(duì)類對(duì)象進(jìn)行初始化(根據(jù)寫的代碼),尤其是針對(duì)靜態(tài)成員

4.典型的面試題

class A {     public A(){         System.out.println("A的構(gòu)造方法");     }     {         System.out.println("A的構(gòu)造代碼塊");     }     static {         System.out.println("A的靜態(tài)代碼塊");     }}class B extends A{     public B(){         System.out.println("B的構(gòu)造方法");     }     {         System.out.println("B的構(gòu)造代碼塊");     }     static {         System.out.println("B的靜態(tài)代碼塊");     }}public class Test extends B{     public static void main(String[] args) {         new Test();         new Test();     }}

可以自己先嘗試寫一下輸出的結(jié)果

做這樣的題就需要把握幾個(gè)大的原則:

• 類加載階段就會(huì)進(jìn)行靜態(tài)代碼塊的執(zhí)行,要想創(chuàng)建實(shí)例,勢(shì)必要先進(jìn)行類加載

• 靜態(tài)代碼塊只是類加載階段執(zhí)行一次,其他階段都不會(huì)再執(zhí)行

• 構(gòu)造方法和構(gòu)造代碼塊每次實(shí)例化都會(huì)執(zhí)行,而且構(gòu)造代碼塊會(huì)在構(gòu)造方法前面執(zhí)行~~

• 父類執(zhí)行在前,子類執(zhí)行在后!

• 程序是從main開始執(zhí)行的,main的Test的方法,因此要執(zhí)行main就需要先加載Test類

• 只有涉及到這個(gè)類了,類里面的東西才會(huì)被加載

輸出結(jié)果: A的靜態(tài)代碼塊 B的靜態(tài)代碼塊 A的構(gòu)造代碼塊 A的構(gòu)造方法 B的構(gòu)造代碼塊 B的構(gòu)造方法 A的構(gòu)造代碼塊 A的構(gòu)造方法 B的構(gòu)造代碼塊 B的構(gòu)造方法

5.雙親委派模型

這個(gè)東西是類加載中的一個(gè)環(huán)節(jié),處于Loading階段(比較靠前的部分),雙親委派模型描述的就是JVM中的類加載器,如何根據(jù)類的全限定名(java.lang.String)找到.class文件的過程。這里的類加載器是JVM專門提供的對(duì)象,主要負(fù)責(zé)進(jìn)行類加載,所以找文件的過程也是由類加載器來負(fù)責(zé)的,.class文件可能放置的位置有很多,有的要放到JDK目錄里面,有的放到項(xiàng)目目錄里面,還有的在其他特定的位置里面,因此JVM提供了多個(gè)類加載器,每個(gè)類加載器負(fù)責(zé)一個(gè)片區(qū),而默認(rèn)的類加載器主要有3個(gè):

• BootStrapClassLoader:負(fù)責(zé)加載標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類(String,ArrayList,Random,Scanner…)

• ExtensionClassLoader:負(fù)責(zé)加載JDK擴(kuò)展的類(現(xiàn)在很少用到)

• ApplicationClassLoader:負(fù)責(zé)加載當(dāng)前項(xiàng)目目錄中的類

• 另外程序員還可以自定義類加載器,來加載其他目錄中的類,Tomcat就自定義了類加載器,用來專門加載webapps里面的.class

雙親委派模型就描述了這個(gè)找目錄的過程,也就是上述類加載器是如何配合的
考慮找一下java.lang.String:

• 程序啟動(dòng),就會(huì)先進(jìn)入ApplicationClassLoader類加載器

• ApplicationClassLoader類加載器就會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,如果沒有,就調(diào)用父 類加載器ExtensionClassLoader

• ExtensionClassLoader類加載器就會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,如果沒有,就調(diào)用父 類加載器BootStrapClassLoader

• BootStrapClassLoader類加載器也會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,然后發(fā)現(xiàn)沒有父親,于是就掃描自己負(fù)責(zé)的目錄

• 然后java.lang.String這個(gè)類就在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中能找到,然后后續(xù)就由BootStrapClassLoader加載器負(fù)責(zé)后續(xù)的加載過程,查找環(huán)節(jié)就結(jié)束了!
  

考慮找一下自己寫的Test類:

• 程序啟動(dòng),就會(huì)先進(jìn)入ApplicationClassLoader類加載器

• ApplicationClassLoader類加載器就會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,如果沒有,就調(diào)用父 類加載器ExtensionClassLoader

• ExtensionClassLoader類加載器就會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,如果沒有,就調(diào)用父 類加載器BootStrapClassLoader

• BootStrapClassLoader類加載器也會(huì)檢查下,它的父加載器是否已經(jīng)加載過了,然后發(fā)現(xiàn)沒有父親,于是就掃描自己負(fù)責(zé)的目錄,沒掃描到,就會(huì)回到子加載器中繼續(xù)掃描

• ExtensionClassLoader掃描自己負(fù)責(zé)的目錄,也沒有掃描到,再回到子加載器中繼續(xù)掃描

• ApplicationClassLoader也掃描自己負(fù)責(zé)的目錄,自己寫的類就在自己的項(xiàng)目目錄下,因此就能找到,然后后續(xù)的類加載就由ApplicationClassLoad完成,此時(shí)查找目錄的環(huán)節(jié)就結(jié)束了~~(另外如果ApplicationClassLoader也沒有找到們就會(huì)拋出ClassNotFoundException異常)
  

這一套查找規(guī)則就稱為雙親委派模型,那為啥JVM要這樣設(shè)計(jì)呢,理由就是一旦程序員自己寫的類和全限定類名重復(fù)了,也能夠成功加載標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類,而不是自己寫的類!!!
另外如果是自定義的類加載器,要不要遵守這個(gè)雙親委派模型呢?
答案是可以遵守也可以不遵守,主要看需求,例如Tomcat加載webapp中的類,就沒有遵守,因?yàn)樽袷亓松厦娴念惣虞d器也是不可能找到的!

三.JVM的垃圾回收

JVM中的垃圾回收機(jī)制(GC),一般在寫代碼的時(shí)候,經(jīng)常就會(huì)涉及到申請(qǐng)內(nèi)存,例如創(chuàng)建一個(gè)變量,new一個(gè)對(duì)象,調(diào)用一個(gè)方法,加載類…而申請(qǐng)內(nèi)存的時(shí)機(jī)一般是明確的(需要保存某個(gè)或某些數(shù)據(jù)就需要申請(qǐng)內(nèi)存),但是釋放內(nèi)存的時(shí)機(jī),卻是不那么清楚的,釋放的早了也不行(如果還是要使用的,結(jié)果已經(jīng)被釋放了這就讓其無內(nèi)存可用了,就讓這些數(shù)據(jù)"無處可去"),釋放的晚了也不行(釋放晚了,大量的囤積很有可能讓可用內(nèi)存逐漸變少,很有可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏問題,就是無內(nèi)存可以使用),因此內(nèi)存的釋放要恰到好處才好!
而垃圾回收的本職是靠運(yùn)行時(shí)環(huán)境額外做了很多的工作來完成釋放內(nèi)存操作的,這讓程序員的心智負(fù)擔(dān)大大降低了,但是垃圾回收也是有劣勢(shì)的:①消耗額外的開銷(消耗資源耕