2022年从JVM内存管理的角度谈谈静态方法和静态属性和java对象引用与JVM自动内存管理 .pdf

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1、从 JVM 内存管理的角度谈谈静态方法和静态属性和 java 对象引用与JVM自动内存管理分类： JAVA 2010-08-04 11:17 1559 人阅读 评论(2) 收藏 举报jvmjavareferenceclassloader 编译器 applet试着从 JVM 的内存管理原理的角度来谈一下静态方法和静态属性的问题，不对的地方请指正。( JVM 的内存分为两部分：stack 和 heap ： (code seg) (data seg)从硬盘 load 到 code seg 中 之后如下所述stack （栈）是 JVM 的内存指令区。 stack 管理很简单， push 一定长度字节的

2、数据或者指令，stack 指针压栈相应的字节位移；pop 一定字节长度数据或者指令，stack 指针弹栈。 stack的速度很快， 管理很简单， 并且每次操作的数据或者指令字节长度是已知的。所以 Java 基本数据类型， Java 指令代码，常量都保存在stack 中。heap （堆）是 JVM 的内存数据区。heap 的管理很复杂，每次分配不定长的内存空间，专门用来保存对象的实例。在heap 中分配一定的内存来保存对象实例，实际上也只是保存对象实例的属性值，属性的类型和对象本身的类型标记等，并不保存对象的方法（方法是指令，保存在stack中） ,在 heap 中分配一定的内存保存对象实例和对

3、象的序列化比较类似。 而对象实例在heap 中分配好以后， 需要在 stack 中保存一个4 字节的 heap 内存地址，用来定位该对象实例在heap 中的位置，便于找到该对象实例。由于 stack 的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题；而heap 则是随机分配内存，不定长度，存在内存分配和回收的问题；因此在JVM中另有一个GC进程，定期扫描heap ，它根据 stack中保存的 4 字节对象地址扫描heap ，定位 heap 中这些对象， 进行一些优化 （例如合并空闲内存块什么的），并且假设heap 中没有扫描到的区域都是空闲的，统统refresh（实际上是把stack 中丢

4、失了对象地址的无用对象清除了），这就是垃圾收集的过程。我们首先要搞清楚的是什么是数据，什么是指令？然后要搞清楚对象的方法和对象的属性分别保存在哪里？为了便于描述，我简单的统称：1）方法本身是指令的操作码部分，保存在stack 中；2）方法内部变量作为指令的操作数部分，跟在指令的操作码之后，保存在stack 中（实名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 际上是简单类型保存在stack 中，对象类型在stack 中保存地址

5、，在heap 中保存值）；上述的指令操作码和指令操作数构成了完整的Java 指令。3）对象实例包括其属性值作为数据，保存在数据区heap 中。非静态的对象属性作为对象实例的一部分保存在heap 中，而对象实例必须通过stack 中保存的地址指针才能访问到。因此能否访问到对象实例以及它的非静态属性值完全取决于能否获得对象实例在stack 中的地址指针。先分析一下非静态方法和静态方法的区别：非静态方法有一个和静态方法很重大的不同：非静态方法有一个隐含的传入参数this，该参数是 JVM 给它的， 和我们怎么写代码无关，这个隐含的参数就是对象实例在stack 中的地址指针。因此非静态方法（在stac

6、k中的指令代码）总是可以找到自己的专用数据（在heap 中的对象属性值） 。当然非静态方法也必须获得该隐含参数，因此非静态方法在调用前，必须先 new 一个对象实例， 获得 stack 中的地址指针， 否则 JVM将无法将隐含参数传给非静态方法。而静态方法无此隐含参数，因此也不需要new 对象，只要class文件被 ClassLoader load进入 JVM 的 stack，该静态方法即可被调用。当然此时静态方法是存取不到heap 中的对象属性的。总结一下该过程： 当一个 class文件被 ClassLoader load 进入 JVM后，方法指令保存在stack中，此时heap 区没有数据

7、。然后程序技术器开始执行指令，如果是静态方法，直接依次执行指令代码，当然此时指令代码是不能访问heap 数据区的；如果是非静态方法，由于隐含参数没有值，会报错。因此在非静态方法执行前，要先new 对象，在 heap 中分配数据，并把stack 中的地址指针交给非静态方法，这样程序技术器依次执行指令，而指令代码此时能够访问到heap 数据区了。再说一下静态属性和动态属性：前面提到对象实例以及动态属性都是保存在heap 中的，而heap 必须通过 stack 中的地址指针才能够被指令（类的方法） 访问到。 因此可以推断出： 静态属性是保存在stack 中的，而不同于动态属性保存在heap 中。正因

8、为都是在stack 中，而 stack中指令和数据都是定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 长的，因此很容易算出偏移量，也因此不管什么指令（类的方法），都可以访问到类的静态属性。也正因为静态属性被保存在stack 中，所以具有了全局属性。总结一下：静态属性保存在data seg 内存区，动态属性保存在heap 数据内存区。补充 :1.在 java 中有一个字符常量的池，专用来存储常量2.基本类型是保存在栈中,例如

9、: int a=9; 先在栈中寻找是否有这个值,有的话将引用指向它,没有的话在上面创建这个值,接着把引用指向它3. 栈的存取速度较快仅次于位于cpu 中的寄存器但位于其中的数据大小和生存期必须是确定的缺乏了灵活性一般用于存储声明的变量堆由于可动态分配内存使其速度慢于栈一般用于开辟对象空间还由于生存期不必事先告诉编译器事后得由gc收集Java中非静态方法是否共用同一块内存？将某 class 产生出一个instance 之后，此class 所有的instance field 都会新增一份，那么所有的instance method 是否也会新增一份？答案是不会，我们用field 表示字段，用meth

10、od 表示方法，那么加上static 区分后就有四种：class field：有用 static 修饰的 field class method ：有用 static 修饰的 method instance field ：没有用 static 修饰的 field instance method ：没有用 static 修饰的 method 那么他们在内存中的表示为：class field：共用一块记忆体class method ：共用一块记忆体instance field ：随着每个instance 各有一块记忆体instance method ：共用一块记忆体如果 instance metho

11、d 也随着 instance 增加而增加的话，那内存消耗也太大了，为了做到共用一小段内存，Java是根据 this 关键字做到的，比如：instance1.instanceMethod(); instance2.instanceMethod(); 在传递给对象参数的时候，Java编译器自动先加上了一个this参数， 它表示传递的是这个对象引用，虽然他们两个对象共用一个方法，但是他们的方法中所产生的数据是私有的，这是因为参数被传进来变成call stack 内的 entry ，而各个对象都有不同call stack，所以不会混淆。其实调用每个非static 方法时， Java编译器都会自动名师资

12、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 的先加上当前调用此方法对象的参数，有时候在一个方法调用另一个方法，这时可以不用在前面加上this 的，因为要传递的对象参数就是当前执行这个方法的对象。为什么静态方法中不能调用非静态方法？这是因为静态方法直接跟class相关， 调用此方法的时候是类直接调用的，而不是对象， 所以 Java编译器就没有对象参数可以传递，这样，如果你在静态方法内部调用非静态方法，那么Java编译器怎么判断这个

13、非静态方法是哪个对象调用的？对吧，所以Java编译器就会报错，但是也不是绝对的，Java编译器是隐式的传递对象参数，那么我们总可以显示的传递对象参数吧，如果我们把某个对象的引用传递到 static 方法里，然后通过这个引用就可以调用非静态方法和访问非静态数据成员了。解析 Java对象引用与JVM 自动内存管理对象引用应用程序设计接口是JDKTM1.2中新定义的。该应用程序设计接口允许应用程序以对象引用的方式与JVM 的内存管理器进行交互。当应用程序需管理大量内存对象或者在新的 Java对象创建之前需删除原有对象时，Java对象引用应用程序设计接口具有相当大的用途，例如： 基于 Web 的应用程

14、序常常要求显示大量图片，当用户离开某一Web 页时，往往不能确定是否能够顺利的返回。在这种程序中，应用Java对象引用API可以创建这样一个环境，即当堆内存以最小程度运行时，内存管理器创建对象。当用户返回时， 应用程序就会重新载入已经创建的图片。 应用对象引用队列可以创建这样一个环境，当通过对象引用获得某一对象时，应用程序得到通知。 然后， 应用程序就可以对相关对象进行清除操作，同时使这些对象在内存管理器中合法化。内存管理器的工作机制下面将首先介绍未嵌入引用对象时内存管理器的工作机制，然后讨论引用对象加入之后Java堆发生的变化。内存管理器的作用就是识别程序中不再使用的对象，并且回收其内存。一

15、个 Java应用程序由一系列线程组成，每个线程执行一系列方法，而每个方法通过参数或局部变量来引用对象。这些引用属于引用集合中的一部分，直接进入应用程序。另外，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 引用集合中还包括类库中定义的静态引用变量，以及通过Java本地接口 （JNI）API获得的引用。引用集合中的所有引用对象都可以被当前应用程序获取，而不必被回收。同样地，这些对象可能包含对其它对象的引用，也可以被应用程序获取，

16、依此类推。 Java堆中的其它对象视为不可获取的，而所有这些不可获取的对象在内存管理中也是合法的。如果一个不可获取的对象使用finalize()方法，任务就交给了对象所调用的收尾器（finalizer ） 。在内存回收期间，不具有收尾器的不可获取对象和已经调用收尾器的对象被简单回收。内存回收的算法是不断变化的，共性的方面是从引用集合中识别可获取的对象以及回收被其它对象占据的内存空间。加入引用对象之后的引用与常规引用的区别在于，引用对象中的引用专门由内存管理器来处理。 引用对象封装了其它一些对象的引用，我们称之为指示对象。在引用对象创建的同时，也就定义了该引用对象的指示对象。根据应用程序要求，对

17、象可以是强引用（strong references） 、次引用（ soft references） 、弱引用（ weak references） 、虚引用（ phantom references ）的任意组合。为了确定对象的可获取程度， JVM 内存管理器从引用集合出发遍寻堆中所有到对象的路径。当到达某对象的任意路径都不含有引用对象时，则称该对象具有强获取能力；当路径中含有一个或几个引用对象时， 根据内存管理器所查询的引用对象的类型分别归为次获取、弱获取、虚获取。另外，对象引用API中还定义了引用对象队列（java.lang.ref.ReferenceQueue） ，这是内存管理器对引用对象进

18、行管理的一种简单数据结构。值得注意的是， 在进行引用对象定义时，要求 phantom reference 对象必须产生于一个引用对象队列，而soft reference 和 weak reference 对象则无此限制，如：ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); PhantomReference pr = new PhantomReference(object, queue); Soft References 应用实例下面以在基于web 的应用程序中使用soft references 为例，来说明Java对象引用与JVM的内存管理器进行交互的原

19、理。当用户打开某一web 页时， applet 代码获得图片并且得到显示。如果在代码中同时创建名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 了该图片对象的soft references，那么当用户离开该web 页时，内存管理器对图片所分配的内存是否回收做出选择。当用户返回该web 页时，在 applet 代码中使用SoftReference.get方法就会得到图片才内存中是否仍存在的消息。如果在内存管理器中未创建该图片，在w

20、eb 页上会很快得到显示；否则，applet 代码就会重新获取。下面是 Example.java 的完整源代码。import java.awt.Graphics;import java.awt.Image;import java.applet.Applet;import java.lang.ref.SoftReference;public class Example extends Applet SoftReference sr = null; public void init() System.out.println(Initializing); public void paint(Grap

21、hics g) Image im = (sr = null) ? null : (Image)(sr.get(); if (im = null) System.out.println(Fetching image); im = getImage(getCodeBase(),yundong.gif); sr = new SoftReference(im); System.out.println(Painting); g.drawImage(im, 25, 25, this); g.drawString(运动之美 ,20,20); im = null; /* Clear the strong re

22、ference to the image */ public void start() System.out.println(Starting); public void stop() System.out.println(Stopping); 在上面的代码中，对象image 是一个图片对象，传递给一个SoftReference 对象 sr。其中image 对象是 sr 的指示对象， sr 中的引用域是从次引用（soft reference ）到 image。Weak References 分析对于一个稳定的对象，比如说线程类对象，当需要获取外部数据时，在程序中应用weak reference

23、s 是非常理想的。 如果利用引用队列创建了某一线程的weak reference ，那么当线程不再具有强获取能力时，应用程序得到通知，根据此通知， 应用程序才能执行相关数据对象的清除工作。当内存管理器未发现strong references 和 soft references 时，我们称对象具有弱获取能力，即在到达该对象的路径中至少包含一个weak reference 。程序中 weak references 被清除一段时间后，弱获取对象被收尾器收集。由此也可以看出，soft reference 和 weak reference之间的区别在于， 应用 soft reference 时，内存管理

24、器利用算法决定是否创建弱获取对象，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 而应用 weak reference 时，内存管理器必须创建次获取对象。引用对象链当到达某一对象的路径中含有多个引用对象时，就构成了引用对象链。内存管理器按照由强到弱的顺序处理引用对象，具体处理步骤包括：Soft references、 Weak references、Finalization 、Phantom references 和创建对象五

25、个部分。当内存管理器未发现前三种对象引用时，我们称对象具有虚获取能力，即在到达该对象的路径中至少包含一个phantom reference 。虚引用对象直接被收尾器收集，而不被重新创建。当内存管理器发现只有phantom references 时，对象就将处于等候phantom reference状态，应用程序向引用队列发出通知，然后对虚引用对象调用clear()方法，将其引用域设置为 null，最后对不可获取对象执行收集清除处理任务。通常， 对象所具有的获取能力与引用对象集合直接路径中的最弱连接者相同。据此可以看出：虚引用对象具有强获取能力，其它对象均具虚获取能力；（ b）中虚引用对象和弱引

26、用对象均具强获取能力，故次引用对象和对象集合具有若获取能力；（ c）中虚引用对象、弱引用对象和次引用对象均具强获取能力，那么对象集合则具次获取能力。 在程序中使用引用对象API不但可以在一定程度上控制内存管理器，实现内存自动管理，还可以提高程序的稳定性和安全性。 引用对象链中各个对象的获取能力与整个链相关。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - JVM 内存管理总结分类： JAVA2010-08-04 11:10 34

27、3人阅读 评论 (0) 收藏 举报jvmclassjavajdk虚拟机 interfacezhuan: 近期看了看Java 内存泄露的一些案例，跟原来的几个哥们讨论了一下，深入研究发现JVM里面还是有不少以前不知道的细节，这里稍微剖析一下。先看一看JVM 的内部结构 如图所示， JVM 主要包括两个子系统和两个组件。两个子系统分别是Class loader子系统和 Execution engine(执行引擎 ) 子系统；两个组件分别是Runtime data area (运行时数据区域 )组件和 Native interface(本地接口 )组件。Class loader子系统的作用：根据给定

28、的全限定名类名(如 java.lang.Object)来装载 class文件的内容到Runtime data area中的 method area( 方法区域 )。 Java 程序员可以extends java.lang.ClassLoader类来写自己的Class loader 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - Execution engine子系统的作用：执行classes 中的指令。任何JVM speci

29、fication实现(JDK) 的核心都是Execution engine，不同的 JDK 例如 Sun 的 JDK 和 IBM 的 JDK 好坏主要就取决于他们各自实现的Execution engine的好坏。Native interface组件：与 native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用 native方法的时候， 就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现JVM无法控制的native heap OutOfMemory。Runtime Data Area组件：这就是我们常说的JVM 的内存了。它主要分为五个部分1、Heap ( 堆)：一个

30、Java 虚拟实例中只存在一个堆空间2、Method Area( 方法区域 )：被装载的class 的信息存储在Method area的内存中。当虚拟机装载某个类型时，它使用类装载器定位相应的class 文件，然后读入这个class 文件内容并把它传输到虚拟机中。3、Java Stack(java的栈 )：虚拟机只会直接对Java stack执行两种操作：以帧为单位的压栈或出栈4、Program Counter(程序计数器 )：每一个线程都有它自己的PC 寄存器，也是该线程启动时创建的。 PC 寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的饿地址，这里的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对

31、应于该方法起始指令的偏移量。5、Native method stack(本地方法栈 )：保存 native 方法进入区域的地址以上五部分只有Heap 和 Method Area是被所有线程的共享使用的；而Java stack, Program counter 和 Native method stack是以线程为粒度的，每个线程独自拥有自己的部分。了解 JVM 的系统结构，再来看看JVM 内存回收问题了Sun 的 JVM Generational Collecting(垃圾回收 )原理是这样的： 把对象分为年青代(Young) 、年老代 (Tenured) 、持久代 (Perm) ，对不同生命周

32、期的对象使用不同的算法。(基于对对象生命周期分析 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 如上图所示，为Java 堆中的各代分布。1. Young （年轻代）年轻代分三个区。一个Eden 区，两个 Survivor 区。大部分对象在Eden 区中生成。当Eden 区满时，还存活的对象将被复制到Survivor 区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor 区，当

33、这个Survivor 去也满了的时候，从第一个 Survivor 区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制年老区(Tenured 。需要注意， Survivor 的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden 复制过来对象，和从前一个Survivor 复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个 Survivor 去过来的对象。而且，Survivor 区总有一个是空的。2. Tenured （年老代）年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。3. Perm （持久代）用于存放静态文件，如今Java 类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但

34、是有些名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 应用可能动态生成或者调用一些class ，例如 Hibernate 等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=进行设置。举个例子： 当在程序中生成对象时，正常对象会在年轻代中分配空间，如果是过大的对象也可能会直接在年老代生成（据观测在运行某程序时候每次会生成一个十兆的空间用收发消息， 这部分内存

35、就会直接在年老代分配）。年轻代在空间被分配完的时候就会发起内存回收，大部分内存会被回收，一部分幸存的内存会被拷贝至Survivor 的 from 区，经过多次回收以后如果from 区内存也分配完毕，就会也发生内存回收然后将剩余的对象拷贝至to 区。等到to 区也满的时候，就会再次发生内存回收然后把幸存的对象拷贝至年老区。通常我们说的JVM 内存回收总是在指堆内存回收，确实只有堆中的内容是动态申请分配的，所以以上对象的年轻代和年老代都是指的JVM 的 Heap 空间，而持久代则是之前提到的 Method Area ，不属于 Heap 。了解完这些之后，以下的转载一热衷于钻研技术的哥们Richen

36、 Wang关于内存管理的一些建议 1、手动将生成的无用对象，中间对象置为null，加快内存回收。2、对象池技术如果生成的对象是可重用的对象，只是其中的属性不同时，可以考虑采用对象池来较少对象的生成。如果有空闲的对象就从对象池中取出使用，没有再生成新的对象，大大提高了对象的复用率。3、JVM 调优通过配置 JVM 的参数来提高垃圾回收的速度，如果在没有出现内存泄露且上面两种办法都不能保证内存的回收时，可以考虑采用JVM 调优的方式来解决，不过一定要经过实体机的长期测试，因为不同的参数可能引起不同的效果。如-Xnoclassgc参数等。推荐的两款内存检测工具1、jconsole JDK自带的内存监

37、测工具，路径jdk bin 目录下 jconsole.exe ，双击可运行。连接方式有两种， 第一种是本地方式如调试时运行的进程可以直接连，第二种是远程方式，可以连接以服务形式启动的进程。远程连接方式是：在目标进程的jvm 启动参数中添加-Dcom.sun.management.jmxremote.port=1090 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 1090是监听的端口号具体使用时要进行修改， 然后使用 IP 加端口号连接即可。 通过该工具可以监

38、测到当时内存的大小，CPU 的使用量以及类的加载，还提供了手动gc 的功能。优点是效率高，速度快，在不影名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 响进行运行的情况下监测产品的运行。缺点是无法看到类或者对象之类的具体信息。使用方式很简单点击几下就可以知道功能如何了，确实有不明白之处可以上网查询文档。2、JProfiler 收费的工具，但是到处都有破解办法。安装好以后按照配置调试的方式配置好一个本地的session 即可运行。可以监测当时的内存、CPU 、线程等，能具体的列出内存的占用情况，还可以就某个类进行分析。优点很多，缺点太影响速度，而且有的类可能无法被织入方法，例如我使用jprofiler 时一直没有备份成功过，总会有一些类的错误。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -