Java 对象及其内存控制

作者：禅楼望月（http://www.cnblogs.com/yaoyinglong）

更新：其实这里有好多的变戏法，只要你理解了他们在JVM的中的实现机制，就豁然开朗了。有时间我会把这些变戏法的东西说明的。

Java 向程序员许下了美好的承诺：无需关心内存的回收，Java提供了优秀的垃圾回收机制来回收已经分配的内存。

所以初学者往往会肆无忌惮的挥霍Java内存，从而导致Java程序的运行效率下降，主要坏处为：

不断分配内存使得系统中可用内存减少，从而降低程序运行性能；

（更重要的）大量已分配内存的回收使得垃圾回收的负担加重，降低程序的运行性能。

1 前向应用

这说明Java中定义实例成员变量时，必须采用合法的前向引用。同样两个类成员变量也必须采用合法的前向引用：



但是，如果一个是实例成员变量，一个是类成员变量，则实例成员变量总是可以引用类成员变量：



这是因为：类成员变量初始化时机总是在实例成员变量初始化时机之前，确切的说是在类加载时进行的。

2、静态成员可实例成员

使用static修饰的静态变量属于类本身，而实例变量数据类的实例。在同一JVM中，每个类只对应一个Class对象，因此同一JVM内的一个类的类变量只需一块内存空间，但每个类可以创建多个Java对象，因此JVM必须为每个Java对象的实例变量分配一块内存空间。

Java允许通过类来访问类成员变量，也允许类实例访问类成员变量，（Java这样设计是不合理的）



但是java设计者，却在类实例访问类成员变量时，底层依然转换为类来访问类成员变量。怎么证明呢？

通过反编译来看看：



JVM在底层使用someTh对象所对应的引用类型来调用静态成员，这就给程序员造成了一定的错觉，以为调用的是自己对象的东西，但是改变静态成员的值，在其他的对象的中会体现出来，这个很危险：



在一个类实例中修改了类成员变量的值，在另一个类实例中却体现出来了。

3 实例变量的初始化时机

从语法角度看，我们可以在如下3个地方对实例变量执行初始化：
①定义实例变量是指定初始值
②非静态初始化块中对实例变量指定初始值
③构造器中对实例变量指定初始值。
其中①和②比③更早执行，①和②那个更早执行，就看那个在代码中出现的更早。如：




由此可见类实例变量只能放在构造器中初始化，但是作为程序员编程时，可以放在定义处，也可以放在非静态块中，但是结果都是一样的，JVM会把它们抽取出来放在构造函数中。

4 类变量初始化时机

从语法角度看，可以在如下两个地方对类变量初始化：
①定义类变量时初始化；
②静态初始化块中对类变量指定初始值。
这两种方式的执行顺序和它们在源代码中出现的顺序相同：




由此可见，类变量只能在静态块中被初始化，但是作为程序员编程来说，可以放在定义处也可以放在静态快中，结果都是一样的，JVM会把它们收取出来都放进静态快中。

5 父类构造器

看如下代码：



这里便引发了一个疑问：在这里Sub类还没有被创建（因为调用display的时候父类的构造函数还没有走完，怎么会走子类的构造函数），怎么能调用它的方法呢？
诶！难道类实例不是由构造器创建的吗？
很多书籍中都是这样说的:类实例是由构造器创建。
其实，这句话是完全错误的。实际的情况是构造器只是负责对Java对象实例变量执行初始化（即赋初始值），在执行构造器代码之前，该对象所占的内存已经被分配下来了。这些内存里的值都是各个类型的默认值。
所以上面代码在执行new Sub();的时候系统已经为Sub对象分配了内存空间（两块内存空间，一块用于存放Sub的i另一块用于存放Base的i(这一块内存，子类和父类共用，改变任何一个另一个会跟着动)，原因是子类不能完全覆盖父类的成员变量）
注意：
对象是由new关键字创建的，在执行new……的时候，一个Java对象已经建成了，只是它的变量还没有初始化，构造函数的功能就是对这些变量进行初始化。没有运行完构造函数Java对象的方法是可以被调用的，因为它和一般Java对象没有任何的区别。
再来看一段代码：



是否会感觉到this指代有点混乱呢？
但是从打印出来的结果来看，this确实指代的是Sub，但是我们也知道，当this在构造器中this指的是正在被初始化Java对象。怎么理解呢？从源代码看，此时this位于Base构造器中，但是这些代码实际放在Sub()构造器内执行，是Sub()构造器隐式调用了Base()构造器的代码。由此可见，this指的是Sub而不是Base。现在问题又来了，既然this指的是Sub，那么，为什么System.out.println("I come from "+this.getClass()+" -->"+this.i);执行结果却为2？这是因为，虽然，this实际指向的是Sub对象，但是当在Base构造器中时，它的编译类型为Base。所以会输出2.
因此我们可以得出如下结论：
当变量（a）编译时类型和运行是类型不同时，通过该变量（a）访问它引用的对象的实例变量时，该实例变量的值是由声明该变量（a）的类型决定。但当通过该变量调用它引用的对象的实例方法时，该方法行为将由该变量（a）实际所引用的对象来决定。

6 父子实例的内存控制

由上图可知:





但是，还是可以通过super来调用父类中被覆盖的方法。
我们再来看一下这段代码：

//父类
public class Base {
private int x=10;
public int getX() {
return x;
}
public void setX(int x) {
this.x = x;
}
}

//子类
public class Sub extends Base {
public Sub() {
this.setX(20);
}
}

//测试
public static void main(String[] args) {
Base b=new Base();
System.out.println("我是父类："+b.getX());       //-->10
Base base=new Sub();
System.out.println("我是父类："+base.getX());    //-->20
Sub s=new Sub();
System.out.println("我是子类："+s.getX());       //-->20
System.out.println("我是父类："+base.getX());    //-->20
}

用javap工具查看：





由此可见子类继承了父类的实例变量，内存中值为父类中的变量申请了空间，并没有为子类中该变量开辟内存空间。有人可能说你这里的实例变量x是private，其实即是public也是一样的，不信的话可以试试。
那么，我们在子类中调用setX方法其实，设置的是父类中的实例变量x。因为这个方法是从父类继承过来的。由此也可以得出父类中一般不要设置静态全局变量，这样会有线程安全的问题。





所以在子类中使用super的意思是，使用自己对象里面保存的从父类继承下来的那个方法。
由此可见，super本身并没有引用任何对象，它只能算作一个标记。它的作用仅限于在子类中（不是子类的对象）调用在父类中定义的，被隐藏了的实例变量，或者在子类中定义的，被覆盖的方法。
注意：虽然说这是父类中的方法和变量。其实和父类没有一点关系了。只是在调用上有点区别，其他的和类自己的方法没什么区别。

7 父子类的类变量

记住：Java允许通过实例对象来调用类的静态变量
其他的和实例变量一样。

8 final

final修饰的变量
final修饰的变量必须显示的指定初始值（普通变量系统会为其设置默认值），而且只能在以下3个地方制定初始值：



对于一个final变量而言，不管它是类变量、实例变量还是局部变量，只要该变量被final修饰，并且被赋予的初始值（必须的），那么该在类编译的时候就被确定了，那么，这个final变量就不再是变量了，而是相当于一个直接量。



内部类中的局部变量
如果程序需要在内部类中使用局部变量，那么这个局部变量必须由final修饰。
但是为什么内部类中要访问的局部变量都必须使用final修饰呢？
原因是：对于普通的局部变量，它的作用于就停留在该方法内，该方法结束后该局部变量就消失了；但是内部类则可能产生隐式的“闭包”，闭包将使得局部变量脱离了它所在的方法继续存在。