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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

2020-01-13 21:15 274 查看

内存分析

  • 三、类加载过程
  • 四、类的引用
  • 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:双亲委托代理模式

    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()
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