JVM学习心得

出处：http://blog.csdn.net/qq_16143915/article/details/51195438

一、JAVA内存管理与GC机制

Java在JVM所虚拟出的内存环境中执行，java内存分为栈(stack)和堆(heap)两部分。

1. 栈
   
   在Java中，JVM中的栈记录了线程的方法调用。每一个线程拥有一个栈。线程创建时创建栈。

   在某个线程的执行过程中。假设有新的方法调用，那么该线程相应的栈就会添加一个存储单元，即帧(frame)。

   在frame中。保存有该方法调用的參数、局部变量、暂时数据和返回地址。

   • 栈中仅仅保存基础数据类型的对象和自己定义对象的引用(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)。

   • 当被调用方法执行结束时，该方法相应的帧将被删除，參数和局部变量所占领的空间也随之释放。线程回到原方法，继续执行。当全部的栈都清空时，程序也随之执行结束。

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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，能够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，假设我们不断的创建新的对象。内存空间将终于消耗殆尽,JVM启动时创建堆。

• 存储的全部是对象，每一个对象都包括一个与之相应的class的信息。(class的目的是得到操作指令)
• jvm仅仅有一个堆区(heap)被全部线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用。仅仅存放对象本身

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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写叙述信息)

• 又叫静态区，跟堆一样，被全部的线程共享。方法区包括全部的class和static变量。

• 方法区中包括的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

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4.执行时数据区过程

AppMain.java
public   class  AppMain                //执行时, JVM把AppMain的信息都放入方法区
{
    public   static   void  main(String[] args)  //main 方法本身放入方法区。

{
        //test1是引用。所以放到栈区里， Sample是自己定义对象应该放到堆里面
        Sample test1 = new  Sample( " 測试1 " );
        test1.printName();
    }
}

Sample.java
public   class  Sample        //执行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
{
    private  name;      //new Sample实例后,name引用放入**栈**区里name对象放入堆里
    public  Sample(String name)
    {
        this .name = name;
    }
    public   void  printName()   //print方法本身放入方法区里。
    {
        System.out.println(name);
    }
}

系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，读取这个文件里的二进制数据，然后把Appmain类的类信息存放到执行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的载入过程。

接着。Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码，開始执行它的指令。

执行main()方法第一条指令：

Sample test1=new Sample(“測试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，它被会加入到了执行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。

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5.在Java语言里堆(heap)和栈(stack)里的差别

• 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自己主动管理栈和堆，程序猿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，栈数据能够共享。详见第6点。

  堆的优势是能够动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器。Java的垃圾收集器会自己主动收走这些不再使用的数据。但缺点是。由于要在执行时动态分配内存，存取速度较慢。

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6.Java中的数据类型有两种

• 一种是基本类型(primitive types), 共同拥有8种，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并没有string的基本类型)。这样的类型的定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的。称为自己主动变量。

  值得注意的是，自己主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，栈有一个非常重要的特殊性，就是存在栈中的数据能够共享。

  假设我们同一时候定义
  
  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同一时候均指向3的情况。

  特别注意的是，这样的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一时候指向一个对象。假设一个对象引用变量改动了这个对象的内部状态。那么还有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改动其值，不会导致还有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，它就会又一次搜索栈中是否有4的字面值，假设没有，又一次开辟地址存放4的值；假设已经有了，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。即能够用String str = new String(“abc”);的形式来创建。也能够用String str = “abc”；的形式来创建(作为对照，在JDK 5.0之前，你从未见过Integer i = 3;的表达式。由于类与字面值是不能通用的，除了String。而在JDK 5.0中，这样的表达式是能够的！由于编译器在后台进行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，能够通过该类的getInstance()方法来返回一个新创建的类，似乎违反了此原则。

  事实上不然。

  该类运用了单例模式来返回类的实例，仅仅只是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？事实上没有。

• 关于String str = “abc”的内部工作。

  Java内部将此语句转化为下面几个步骤：
  
  　　(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。假设没有，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。并且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象o。假设已经有了值为”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”；这样的场合下。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，我们能够通过下面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，由于这将比較两个字符串的值是否相等。==号。依据JDK的说明，仅仅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。但仅仅创建了一个对象，并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发如今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。假设你要改变其值，能够，但JVM在执行时依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全然自己主动进行的，但它毕竟占用了很多其它的时间。在对时间要求比較敏感的环境中，会带有一定的不良影响。
  
  　　再改动原来代码：
  
  　　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改动值而创建的新的对象。

  能够发现，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。

  　　我们再接着看下面的代码。
  
  　　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，仅仅要是用new()来新建对象的，都会在堆中创建。并且其字符串是单独存值的，即使与栈中的数据同样，也不会与栈中的数据共享。

• 数据类型包装类的值不可改动。不仅仅是String类的值不可改动。全部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，总是想当然地觉得。我们创建了String类的对象str。

  操心陷阱！对象可能并没有被创建！唯一能够肯定的是，指向 String类的引用被创建了。至于这个引用究竟是否指向了一个新的对象，必须依据上下文来考虑。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是非常有帮助的。
  
  　　(2)使用String str = “abc”。的方式，能够在一定程度上提高程序的执行速度，由于JVM会自己主动依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。而无论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)当比較包装类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当測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变量须要常常变换其值时。应该考虑使用StringBuffer类，以提高程序效率。