本文主要是基于周志明的《深入理解JAVA虚拟机》一书,感兴趣的朋友可以去看一看。鉴于篇幅关系,本文只涉及JAVA内存管理,垃圾回收。
垃圾回收是一把双刃剑,在C++中,程序员要负责每一个对象的内存回收。Java 的垃圾回收器可以帮我们解决这个问题,但正是由于JAVA程序员把内存控制的权利交给JAVA虚拟机,一旦出现内存泄露和内存溢出方面的问题,如果不了解虚拟机怎样使用内存,排查错误将会异常艰难。
1.JAVA虚拟机对它管理的内存划分
Java虚拟机在执行JAVA程序的过程中,会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间。有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有的区域是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
图 1 : Java虚拟机运行时数据区(颜色部分为所有线程共享的数据区)
程序计数器
程序计数器是一块较小的内存区域,它的作用可以看成是当前线程所执行字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。分支,循环,跳转,异常处理,线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
由于JAVA虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间的程序计数器互不影响,独立存储,所以上面图的程序计数器区域属于线程私有的。
程序计数器(Native方法除外,此时计数器值为空)记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。此区域是唯一一个在JAVA虚拟机规范中没有规定任何
OutOfMemeoryError的区域。
●JAVA虚拟机栈
与程序计数器一样,也是线程私有的。虚拟机栈描述的是JAVA方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧,用于存储局部变量表,操作数表,动态链接,方法出口等信息。每个方法被调用直至完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型
(boolean,byte,char,short,int,float,double),对象引用和return Address类型。
其中64位的double和long会占用2个局部变量空间,其余的数据类型只占一个。
局部表所需的内存空间在编译期完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在JAVA虚拟机中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程所请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分虚拟机都支持),当扩展是无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
●本地方法栈
与虚拟机栈类似,只不过虚拟机栈为虚拟机执行JAVA方法服务,而本地方法栈则是为了虚拟机使用到的Native方法服务。
●Java堆
Java堆是JAVA虚拟机所管理的内存中最大的一块,是被所有线程共享的区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象都在这里分配。
因此,Java堆就是垃圾回收器管理的主要区域,也被称为“GC堆”。
目前主流的虚拟机都支持堆扩展,可以通过-Xmx和-Xms来控制。如果在堆中没有内存来完成实例分配,将会抛出OutOfMemoryError异常。
●方法区
方法区也是被线程共享的,它用于存储已经被虚拟机加载的类信息,常量,静态常量,即时编译期编译后的代码等数据。
很多人愿意把方法区称为永久代,本质上二者并不等价。仅仅是因为HotSpot 虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机(如BEA Jrockit,IBM J9)来说是不存在永久代的概念的。即使HotSpot虚拟机本身,现在也有放弃永久代并“搬家”到Native
Memory 来实现方法区的规划了。
Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松,除了和Java堆一样可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的。这个主要是由于方法区存储的内容有关,比如类信息,静态常量一般不需要垃圾回收。但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样永远存在了,这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载,只不过回收条件要比JAVA堆中的苛刻的多,效果也难以令人满意。
在方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。
●直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。
在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在JAVA堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中提高性能,因为避免了在Java堆和
Native堆中来回复制数据。
所以在设计Java堆内存时,如果存在直接内存,要确保二者的和不能超过机器的物理内存限制。
2.判定一个对象已经死亡
垃圾回收主要针对JAVA 堆和方法区,回收死亡(不可能再被任何途径使用的
对象)的对象,先看看怎么判定一个对象已经死亡。
● 引用计数算法
给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器就加1;当引用失效时,计数器就减1;任何时刻计数器都为0的对象就判定为死亡。
这种算法实现简单,Java 并没有选用它,原因是:它很难解决对象之间相互
循环引用的问题。
● 根搜索算法
通过一系列名为Gc Roots 的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain ),当一个对象到Gc Roots 没有任何引用链相连,就证明此对象是不可用的:如下图:object5,object6,object7虽然互相有关联,但它们到Gc Roots 是不可达的,所以它们被判定为死亡对象,可以被回收。
在根搜索算法中不可达的对象,也并非是“非死不可”的,这时候它们暂时处于“缓刑”阶段,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记过程:如果对象在进行根搜索算法后发现没有与Gc Roots 相连接的引用链,那么将会被第一次标记并进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。在第二次标记时此对象就被判了“死刑”。
如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法,那么这个对象将会被设置在一个名为F-Queue的队列之中,并在稍后有一条虚拟机自动建立的,低优先级的Finalizer线程去执行。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法,但并不承诺
会等待它结束。这样做得原因是,如果一个对象在一个finalize()方法中执行缓慢,或
者发生死循环,将很有可能会导致F-Queue中其他对象永久处于等待状态,甚至导致
整个内存回收系统崩溃。
finalize()方法是对象死里逃生的最后一次机会,稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记,如果对象在finalize()中成功解救自己(只要重新与引用链
上的任何一个对象建立关联即可,如把自己this赋给某个类变量或对象的成员变量),那么在第二次标记时它将被移出“及时回收”的集合;如果对象这个时候还没有逃脱,那么就真的离死不远了。
引用
判定对象是否存活和“引用”有关,JDK1.2之前,Java对引用的定义只有被引用和没被引用两种状态。很难描述像这样的场景:当内存空间还足够时,则保留在内存中;如果内存在进行垃圾回收之后还是非常紧张,则可以抛弃这些对象。
JDK1.2之后,对引用的概念进行了扩充,强度依次减弱:
强引用(Strong Reference):类似“Object obj = new Object()”这样的引用,只要强引用还存在,垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象。
软引用(Soft Reference):描述一些还有用,但并非必须的对象。对于软引用关联的对象,在系统将要发生内存溢出之前,将把这些对象列入回收范围并进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。
弱引用(Weak Reference):弱引用也是用来描述非必须对象的,但它的强度比软引用更弱一些,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集之前。当垃圾回收器工作时,无论当前内存是否足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象。
虚引用(Phantom Reference):虚引用也成为幽灵引用或幻影引用,它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象的实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的:就是希望能在这个对象被垃圾回收时收到一个系统通知。
3.方法区的回收
前面说过垃圾回收主要回收JAVA堆和方法区。很多人认为方法区(HotSpot 虚拟机中的永久代,注意:永久代不是老年代,老年代在JAVA堆中)是没有垃圾
收集的,Java虚拟机规范中确实说过可以不收集方法区,而且在方法区中垃圾收集“性价比”比较低:一般堆中,尤其是新生代中,垃圾收集一般可回收70%--95%的空间,而永久代则远低于此。
永久代的垃圾收集主要回收两部分内容:废弃常量和无用的类。
●回收废弃常量
与回收Java堆中的对象非常相似。假如一个字符串“abc”已经进入了常量池,但当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的,也没有其他地方引用了这个常量,如果这时候发生内存回收,而且必要的话,这个“abc”常量将会被系统”
请”出常量池。常量池中德其他类,接口,方法,字段的符号引用也与此类似。
●回收无用的类
判定一个常量是否为“废弃常量”比较简单,但判定一个类是否无用的条件则相当苛刻。需要类同时满足下面三个条件:
一,该类所有的实例都已经被回收,也就是Java堆中不存在该类的任何实例
二,加载该类的ClassLoader已经被回收
三,该类对应的https://www.wendangku.net/doc/9415959067.html,ng.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方反射访问该类的方法。
虚拟机可以对满足上述3个条件的无用类进行回收,这里说得仅仅是“可以”,而不是和对象一样,不用了就必然会回收。可以通过HotSpot的-Xnoclassgc进行控制。在大量使用反射,动态代理,CGLib等bytecode框架的场景,以及动态生成JSP和OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能,以保证永久代不会溢出。
4.垃圾回收算法
一般将Java堆分为老年代和年轻代,这样划分是为了根据对象的特点选择不同的垃圾回收器以针对性的回收。比如-Xmx 20M,-Xms 20M, -Xmn12M,JAVA堆总共20M内存,给年轻代分了12M,那么老年代就是8M。由此得出Minor GC 和Major GC/Full GC的概念
新生代GC(Minor GC): 指发生在新生代的垃圾收集动作,因为java对象大多具有朝生夕死的特性,所有Minor GC非常频繁,一般回收速度也比较快。
老年代GC(Major GC或者Full GC):指发生在老年代的GC,出现了Major GC 经常会伴随至少一次的Minor GC(但非绝对的,在ParallelScavenge收集器的收
集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程)。Major GC 的速度一般会比Minor GC 慢10倍以上。
●标记清除算法(Mark-Sweep)
它是最基础的收集算法,如它的名字一样,分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,标记完成后统一回收掉所有被标记过的对象。
后续的算法都是基于标记清除算法的,它有两个缺点:
一个是效率问题,标记和清除过程的效率都不高;另外一个是空间问题,标记清除之后产生大量不连续的内存碎片,可能会导致当需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前出发另一次垃圾回收动作。
●复制算法(主要针对年轻代)
为了解决标记-清除算法的效率问题,它将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了,就将存活的对象复制到另一块上去,然后再把已使用过的内存空间一次性清理掉。缺点是:内存缩小为原来的一半,代价很高。
现代商业虚拟机都采用这种算法回收新生代,IBM的专门研究表明,新生代的对象98%都是朝生夕死的,所以不需要按1:1的比例来划分内存空间,而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间,每次使用Eden区和其中的一块Survivor。当回收时,将Eden和刚才用过的Survivor中还存活的对象一次性拷贝到另一块Survivor空间上,最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor的空间。特殊情况:如果另一块Survivor区域不足以存放上次新生代收集下来的存活对象,那么将通过分配担保机制直接进入老年代。
HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的比例为8:1:1,这样可用年轻代可用内存达到90%。
●标记-整理算法(主要针对老年代)
复制算法在对象存活率高时,效率会变低,不适合老年代使用。而标记-整理算法的“标记”过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。
●分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集“(Generational Collection)算法,这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象的存活周期的不同将内存分为几块。
一般是把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适合的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法。而老年代中因为对象存活率高,没有额外的空间对它进行分配担保,就必须使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法来回收。
5.垃圾回收器
HotSpot JVM1.6 的垃圾收集器
从图中看出新生代包括三种垃圾收集器:Serial,ParNew,Parallel Scavenge,新生代的三种收集器都采用复制算法(复制算法本来就适合新生代的对象回收);
老年代也包括三种:CMS,Serial Old, Parallel Old;问号是g1收集器,目前1.6
只是适用版本,1.7可能会有一个成熟的商用版本。
Serial收集器
最基本,历史最悠久的收集器,它是一个单线程的收集器,更重要的是它进行垃圾回收时,必须暂停其他所有的工作线程(SUN将这件事情称之为Stop The World)
似乎Serial收集器老而无用,但实际上到现在为止,它依然是虚拟机运行在client模式下默认的新生代收集器。它的优势是:简单而高效(跟其他收集器单线程比)
●ParNew收集器
它是Serial收集器的多线程版本,除了使用多条收集线程外,其余行为包括算法、STW、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器一摸一样。ParNew收集器是许多运行在server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器(一个原因是在除了serial收集器外,目前只有它能与CMS收集器配合使用)。
●Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge的特点是它的关注点与其他收集器不同,CMS等收集器的关注点尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间,而Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量(Throughput)。也被称为吞吐量优先收集器。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码时间与CPU总消耗时间的比值。吞吐量=运行用户代码时间/运行用户代码时间+垃圾收集时间。
高吞吐量和停顿时间短的策略相比,主要强调任务更快完成,适用于后台运算而不需要太多交互的任务;而后者强调用户交互体验。
Parallel Scavenge提供两个参数精确控制吞吐量,-XX:MaxGCPauseMillis控制最大垃圾收集停顿时间和-XX:GCTimeRatio设置吞吐量大小 ,MaxGCPauseMillis 允许的值是一个大于零的毫秒数,收集器将尽力保证内存回收话费的时间不超过设定值。GC停顿时间缩小是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的,也就是要使停顿时间更短,需要使新生代的空间减小,这样垃圾回收的频率会增加,吞吐量也降下来了。
●Serial Old收集器
是Serial的老年代版本,同样是单线程收集器,使用标记-整理算法。主要是client模式下的虚拟机使用。参考上面图Serial/Serial old.
两大用途:在JDK1.5及之前的版本中与Parallel Scavenge搭配使用;作为CMS收集器的后备预案。在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。
●Parallel Old收集器
是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程和标记-整理算法。在JDK1.6中才开始使用。由于之前的版本中,Parallel Scavenge只有使用Serial Old 作为老年代收集器,其“吞吐量优先”的设计思路不能被很好的贯彻,在Parallel Old收集器出现后,“吞吐量优先”的收集器终于有了名副其实的应用组合。
●CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)
从名字上看它采用“标记-清除”算法。Concurrent Mark Sweep 以获取最短回收停顿时间为目标的收集器.
基于标记-清除算法实现,运行过程分成4个步骤:
a)初始标记(需要stop the world),标记一下GC Roots能直接关联到的对象,速度
很快
b)并发标记,进行GC Roots Tracing的过程。
c)重新标记(需要stop the world),为了修正并发标记时用户继续运行而产生的标
记变化,停顿时间比初始标记长,远比并发标记短。
d)并发清除
缺点:
CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段,它虽然不会导致用户线程停顿,但是因为占用了一部分CPU资源而导致应用程序变慢,总吞吐量就会降低。
CMS默认启动的回收线程数为(CPU数量+3)/4。为了解决这一情况,有一个变种i-CMS,但目前并不推荐使用。
CMS收集器无法处理浮动垃圾(floating garbage)。同样由于CMS GC阶段用户线程还需要运行,即还需要预留足够的内存空间供用户线程使用,因此CMS 收集器需要预留一部分空间提供并发收集时的程序运作使用。默认设置下,CMS 收集器在老年代使用了68%的空间后就会被激活。这个值可以用-
XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来设置。要是CMS运行期间预留的内存无法
满足程序需要,就会出现concurrent mode failure,这时候就会启用Serial Old收集器作为备用进行老年代的垃圾收集。
空间碎片过多(标记-清除算法的弊端),提供-
XX:+UseCMSCompactAtFullCollection参数,应用于在FULL GC后再进行一个碎片整理过程。-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,多少次不压缩的full gc后来一次带压缩的。
●g1收集器
G1收集器与前面的CMS收集器相比有两个显著的改进:一是G1收集器是基于“标记-整理”算法实现的收集器,也就是说它不会产生空间碎片,这对于长时间运行的应用系统来说非常重要。二是它可以非常精确地控制停顿,既能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内,消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒,这几乎已经是实时Java(RTSJ)的垃圾收集器的特征了。
G1收集器可以实现在基本不牺牲吞吐量的前提下完成低停顿的内存回收,这是由于它能够极力地避免全区域的垃圾收集,之前的收集器进行收集的范围都是整个新生代或老年代,而G1将整个Java堆(包括新生代、老年代)划分为多个大小固定的独立区域(Region),并且跟踪这些区域里面的垃圾堆积程度,在后台维护一个优先列表,每次根据允许的收集时间,优先回收垃圾最多的区域(这就是Garbage First名称的来由)。区域划分及有优先级的区域回收,保证了G1
收集器在有限的时间内可以获得最高的收集效率。
6.内存分配
JAVA技术体系所提倡的自动内存管理最终可以归结于自动化的解决了两个问题:给对象分配内存以及回收分配给对象的内存。回收内存即上面讲到的垃圾回收,那又是怎么分配的呢?
对象的内存分配,往大的方向讲,就是分配在堆上(但也有可能经过JIT编译后被拆散为标量类型并间接地在栈上分配),对象主要分配在新生代的Eden区,少数情况下也可能会直接分配在老年代中(比如大对象),分配的规则并不是百分百固定的,其细节取决于当前使用的是哪一种垃圾收集器组合,还有虚拟机中与内存相关的参数的配置。
●对象优先在Eden区分配
大多数情况下,对象在新生代的Eden区分配,当Eden区没有足够的空间进行分配时,虚拟机将发起一次Minor GC.
虚拟机提供了–XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数,告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志,并且在进程退出的时候输出当前内存各区域分配情况。
●大对象直接进入老年代
所谓的大对象是指,需要大量连续内存空间的JAVA对象,最典型的大对象就是那种很长的字符串及数组。大对象对虚拟机的内存分配来说就是一个坏消息,经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”它们。
虚拟机提供了一个-XX:PretenureSizeThreshold参数,令大于这个设置值的对象直接在老年代中分配。以避免在Eden区和Survivor区之间发生大量的内存拷贝。
此参数只在Serial和ParNew两款收集器有效,Parallel Scavenge不支持这个参数。
●长期存活的对象将进入老年代
虚拟机既然采用了分代收集的思想来管理内存,那内存回收时就必须能识别哪些对象应该放在新生代,哪些对象应该放在老年代。为了做到这点,虚拟机给每个对象定义了一个对象(Age)年龄计数器。
如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC仍然存活,并且能被Survivor 容纳的话,将被移动到Survivor空间中,并将对象年龄设置为1.对象在Survivor 区中每熬过一次Minor GC,对象的年龄就增加一岁,当它的年龄增加到一定程度
(默认为15)时,就会被晋升到老年代中(可见对象生存很不容易,老的快)。对象晋升老年代的阀值,可以通过参数:-XX:MaxTenuringThreshold来设置。
为了能更好的适应不同程序的内存状况,虚拟机并不总是要求对象的年龄必须达到MaxTenuringThreshold才能晋升老年代,如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代,无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。
●空间分配担保
在发生Minor GC时,虚拟机会检测之前每次晋升到老年代的平均大小是否大于老年代的剩余空间大小,如果大于,则改为直接进行一次Full GC.如果小于,则查看HandlePromotionFailure设置是否允许担保失败;如果允许,那只会进行
Minor GC,如果不允许,则也要改为进行一次Full GC.
前面提到的,新生代使用复制收集算法,但为了内存利用率,只使用其中的一个Survivor区作为轮换备份,因此当出现大量对象在Minor GC后仍然存活的情况时(最极端的情况是内存回收后新生代中所有对象都存活),就需要老年代进行分配担保,让Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。
与生活中的贷款类似,老年代要进行这样的担保,前提是老年代本身还有容纳这些对象的剩余空间,一共有多少对象会活下来,在实际完成内存回收之前是无法明确知道的,所以只好取之前每一次回收晋升到老年代对象容量的平均值作为经验值,与老年代的剩余空间进行比较,决定是否进行Full GC来让老年代腾出更多的空间。
取平均值进行比较其实仍然是一种动态概率的手段,也就是说某次Minor GC 存活后的对象突增,远远高于平均值的话,依然会导致担保失败(Handle Promotion Failure)。如果出现了HandlePromotion Failure失败,那就只好在失败后重新发起一次Full GC。虽然担保失败时绕的圈子是最大的,但大部分情况下都还是会将HandlePromotionFailure开关打开,避免Full GC过于频繁。
一、 JVM简介 JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM工作原理和特点主要是指操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成, 首先来说一下JVM工作原理中的jdk这个东西, .JVM 在整个jdk中处于最底层,负责于操作系统的交互,用来屏蔽操作系统环境,提供一个完整的Java运行环境,因此也就虚拟计算机. 操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成。 通过下面4步来完成JVM环境. 1.创建JVM装载环境和配置 2.装载JVM.dll 3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例 4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。 对于JVM自身的物理结构,我们可以从下图了解:
JVM的一个重要的特征就是它的自动内存管理机制,在执行一段Java代码的时候,会把它所管理的内存划分 成几个不同的数据区域,其中包括: 1. 程序计数器,众所周知,JVM的多线程是通过线程轮流切换并 分配CPU执行时间的方式来实现的,那么每一个线程在切换 后都必须记住它所执行的字节码的行号,以便线程在得到CPU 时间时进行恢复,这个计数器用于记录正在执行的字节码指令的地址,这里要强调的是“字节码”,如果执行的是Native方法,那么这个计数器应该为null; 2.
3. Java计算栈,可以说整个Java程序的执行就是一个出栈入栈 的过程,JVM会为每一个线程创建一个计算栈,用于记录线程中方法的调用和变量的创建,由于在计算栈里分配的内存出栈后立即被抛弃,因此在计算栈里不存在垃圾回收,如果线程请求的栈深度大于JVM允许的深度,会抛出StackOverflowError 异常,在内存耗尽时会抛出OutOfMemoryError异常; 4. Native方法栈,JVM在调用操作系统本地方法的时候会使用到 这个栈; 5. Java堆,由于每个线程分配到的计算栈容量有限,对于可能会 占据大量内存的对象,则会被分配到Java堆中,在栈中包含了指向该对象内存的地址;对于一个Java程序来说,只有一个Java堆,也就是说,所有线程共享一个堆中的对象;由于Java堆不受线程的控制,如果在一个方法结束之后立即回收这个方法使用到的对象,并不能保证其他线程是否正在使用该对象;因此堆中对象的回收由JVM的垃圾收集器统一管理,和某一个线程无关;在HotSpot虚拟机中Java堆被划分为三代:o新生代,正常情况下新创建的对象会被分配到新生代,但如果对象占据的内存足够大以致超过了新生代的容量限 制,也可能被分配到老年代;新生代对象的一个特点是最 新、且生命周期不长,被回收的可能性高;
Java虚拟机(JVM)参数配置说明 在Java、J2EE大型应用中,JVM非标准参数的配置直接关系到整个系统的性能。 JVM非标准参数指的是JVM底层的一些配置参数,这些参数在一般开发中默认即可,不需要任何配置。但是在生产环境中,为了提高性能,往往需要调整这些参数,以求系统达到最佳新能。另外这些参数的配置也是影响系统稳定性的一个重要因素,相信大多数Java开发人员都见过“O utOfMem ory”类型的错误。呵呵,这其中很可能就是JVM参数配置不当或者就没有配置没意识到配置引起的。 为了说明这些参数,还需要说说JDK中的命令行工具一些知识做铺垫。 首先看如何获取这些命令配置信息说明: 假设你是windows平台,你安装了J2SDK,那么现在你从cmd控制台窗口进入J2SDK安装目录下的bin目录,然后运行java命令,出现如下结果,这些就是包括java.exe工具的和J VM的所有命令都在里面。 ----------------------------------------------------------------------- D:\j2sdk15\bin>java Usage: java [-options] class [args...] (to execute a class) or java [-options] -jar jarfile [args...] (to execute a jar file) where options include: -client to select the "client" VM -server to select the "server" VM -hotspot is a synonym for the "client" VM [deprecated] The default VM is client.
As the Java V irtual Machine is a stack-based machine, almost all of its instructions involve the operand stack in some way. Most instructions push values, pop values, or both as they perform their functions. Java虚拟机是基于栈的(stack-based machine)。几乎所有的java虚拟机的指令,都与操作数栈(operand stack)有关.绝大多数指令都会在执行自己功能的时候进行入栈、出栈操作。 1Java体系结构介绍 Javaís architecture arises out of four distinct but interrelated technologies, each of which is defined by a separate specification from Sun Microsystems: 1.1 Java体系结构包括哪几部分? Java体系结构包括4个独立但相关的技术 the Java programming language →程序设计语言 the Java class file format →字节码文件格式 the Java Application Programming Interface→应用编程接口 the Java V irtual Machine →虚拟机 1.2 什么是JVM java虚拟机和java API组成了java运行时。 1.3 JVM的主要任务。 Java虚拟机的主要任务是装载class文件并执行其中的字节码。 Java虚拟机包含了一个类装载器。 类装载器的体系结构 二种类装载器 启动类装载器 用户定义的类装载器 启动类装载器是JVM实现的一部分 当被装载的类引用另外一个类时,JVM就是使用装载第一个类的类装载器装载被引用的类。 1.4 为什么java容易被反编译? ●因为java程序是动态连接的。从一个类到另一个类的引用是符号化的。在静态连接的 可执行程序中。类之间的引用只是直接的指针或者偏移量。相反在java的class文件中,指向另一个类的引用通过字符串清楚的标明了所指向的这个类的名字。
深入理解JVM 1 Java技术与Java虚拟机 说起Java,人们首先想到的是Java编程语言,然而事实上,Java是一种技术,它由四方面组成: Java编程语言、Java类文件格式、Java虚拟机和Java应用程序接口(Java API)。它们的关系如下图所示: 图1 Java四个方面的关系 运行期环境代表着Java平台,开发人员编写Java代码(.java文件),然后将之编译成字节码(.class文件)。最后字节码被装入内存,一旦字节码进入虚拟机,它就会被解释器解释执行,或者是被即时代码发生器有选择的转换成机器码执行。从上图也可以看出Java平台由Java虚拟机和Java应用程序接口搭建,Java 语言则是进入这个平台的通道,用Java语言编写并编译的程序可以运行在这个平台上。这个平台的结构如下图所示:
在Java平台的结构中, 可以看出,Java虚拟机(JVM) 处在核心的位置,是程序与底层操作系统和硬件无关的关键。它的下方是移植接口,移植接口由两部分组成:适配器和Java操作系统, 其中依赖于平台的部分称为适配器;JVM 通过移植接口在具体的平台和操作系统上实现;在JVM 的上方是Java的基本类库和扩展类库以及它们的API,利用Java API编写的应用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平台上运行而无需考虑底层平台, 就是因为有Java虚拟机(JVM)实现了程序与操作系统的分离,从而实现了Java 的平台无关性。 那么到底什么是Java虚拟机(JVM)呢?通常我们谈论JVM时,我们的意思可能是: 1. 对JVM规范的的比较抽象的说明; 2. 对JVM的具体实现; 3. 在程序运行期间所生成的一个JVM实例。 对JVM规范的的抽象说明是一些概念的集合,它们已经在书《The Java Virtual Machine Specification》(《Java虚拟机规范》)中被详细地描述了;对JVM的具体实现要么是软件,要么是软件和硬件的组合,它已经被许多生产厂商所实现,并存在于多种平台之上;运行Java程序的任务由JVM的运行期实例单个承担。在本文中我们所讨论的Java虚拟机(JVM)主要针对第三种情况而言。它可以被看成一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现,有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还有自己相应的指令系统。 JVM在它的生存周期中有一个明确的任务,那就是运行Java程序,因此当Java程序启动的时候,就产生JVM的一个实例;当程序运行结束的时候,该实例也跟着消失了。下面我们从JVM的体系结构和它的运行过程这两个方面来对它进行比较深入的研究。 2 Java虚拟机的体系结构 刚才已经提到,JVM可以由不同的厂商来实现。由于厂商的不同必然导致JVM在实现上的一些不同,然而JVM还是可以实现跨平台的特性,这就要归功于设计JVM时的体系结构了。 我们知道,一个JVM实例的行为不光是它自己的事,还涉及到它的子系统、存储区域、数据类型和指令这些部分,它们描述了JVM的一个抽象的内部体系结构,其目的不光规定实现JVM时它内部的体系结构,更重要的是提供了一种方式,用于严格定义实现时的外部行为。每个JVM都有两种机制,一个是装载具有合适名称的类(类或是接口),叫做类装载子系统;另外的一个负责执行包含在已装载的类或接口中的指令,叫做运行引擎。每个JVM又包括方法区、堆、Java栈、程序计数器和本地方法栈这五个部分,这几个部分和类装载机制与运行引擎机制一起组成的体系结构图为:
JVM参数Elasticsearch默认值Environment变量 -Xms 256m ES_MIN_MEM -Xmx 1g ES_MAX_MEM -Xms and -Xmx ES_HEAP_SIZE -Xmn ES_HEAP_NEWSIZE -XX:MaxDirectMemorySize ES_DIRECT_SIZE -Xss 256k -XX:UseParNewGC + -XX:UseConcMarkSweepGC + -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 75 -XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly + -XX:UseCondCardMark (commented out) 首先你注意到的是,Elasticsearch预留了256M到1GB的堆内存。 这个设置适用于开发和演示环境。开发人员只需要简单的解压发行包,再执 行./bin/elasticsearch -f就完成了Elasticsearch的安装。当然这点对于开发来说非常棒,并且在很多场景下都能工作,但是当你需要更多内存来降低Elasticsearch负载的时候就不行了,你需要比2GB RAM更多的可用内存。
ES_MIN_MEM/ES_MAX_MEM是控制堆大小的配置。新的ES_HEAP_SIZE变量是一个更为便利的选择,因为将堆的初始大小和最大值设为相同。也推荐在分配堆内存时尽可能不要用内存的碎片。内存碎片对于性能优化来说非常不利。 ES_HEAP_NEWSIZE是可选参数,它控制堆的子集大小,也就是新生代的大小。 ES_DIRECT_SIZE控制本机直接内存大小,即JVM管理NIO框架中使用的数据区域大小。本机直接内存可以被映射到虚拟地址空间上,这样在64位的机器上更高效,因为可以规避文件系统缓冲。Elasticsearch对本机直接内存没有限制(可能导致OOM)。 由于历史原因Java虚拟机有多个垃圾收集器。可以通过以下的JVM参数组合启用: JVM parameter Garbage collector -XX:+UseSerialGC serial collector -XX:+UseParallelGC parallel collector -XX:+UseParallelOldGC Parallel compacting collector -XX:+UseConcMarkSweepGC Concurrent-Mark-Sweep (CMS) collector -XX:+UseG1GC Garbage-First collector (G1) UseParNewGC和UseConcMarkSweepGC组合启用垃圾收集器的并发多线程模式。UseConcMarkSweepGC自动选择UseParNewGC模式并禁用串行收集器(Serial collector)。在Java6中这是默认行为。 CMSInitiatingOccupancyFraction提炼了一种CMS(Concurrent-Mark-Sweep)垃圾收集设置;它将旧生代触发垃圾收集的阀值设为75.旧生代的大小是堆大小减去新生代大小。这告诉JVM当堆内容达到75%时启用垃圾收集。这是个估计的值,因为越小的堆可能需要越早启动GC。 UseCondCardMark将在垃圾收集器的card table使用时,在marking之前进行额外的判断,避免冗余的store操作。UseCondCardMark不影响Garbage-First收集器。强烈推荐在高并发场景下配置这个参数(规避card table marking技术在高并发场景下的降低吞吐量的负面作用)。在ElasticSearch中,这个参数是被注释掉的。 有些配置可以参考诸如Apache Cassandra项目,他们在JVM上有类似的需求。 总而言之,ElastciSearch配置上推荐: 1. 不采用自动的堆内存配置,将堆大小默认最大值设为1GB 2.调整触发垃圾收集的阀值,比如将gc设为75%堆大小的时候触发,这样不会影响性能。 3.禁用Java7默认的G1收集器,前提是你的ElasticSearch跑在Java7u4以上的版本上。JVM进程的内存结果 JVM内存由几部分组成: Java代码本身:包括内部代码、数据、接口,调试和监控代理或者字节码指令 非堆内存:用于加载类 栈内存:用于为每个线程存储本地变量和操作数
目录 1.虚拟机内存结构 (1) 2.对象在内存中的布局 (3) 3.判断对象是否死亡 (4) 4.引用的4中情况 (4) 5.垃圾收集算法 (5) 6.HotSpot虚拟机算法实现 (6) 7.如何在GC发生时让所有线程都要附近的安全点停下 (6) 8.垃圾收集器 (7) 9.GC日志 (9) 10.内存分配 (10) 11.Class类文件的结构 (10) 12.类的生命周期 (13) 13.类加载器 (15) 14.运行时栈帧的结构 (16) 15. 方法调用 (18) 16. 分派 (19) 17.虚方法表 (19) 18.Java内存模型(JMM) (19) 19.内存间的交互 (20) 20.volatile变量 (20) 21.原子性 (21) 22.可见性 (22) 23.有序性 (22) 24.先行发生原则 (22) 25.Java线程调度 (23) 26.线程的状态 (24) 27.线程安全 (25) 28.线程安全的实现方法 (26) 29.锁优化 (27) 30.编译优化技术 (29) 1.虚拟机内存结构 线程私有:虚拟机栈,本地方法栈,程序计数器 线程共享:堆,方法区(包括运行时常量池)
1.1程序计数器 当前程序锁执行的字节码行号指示器,记录下一条需要执行的 指令。 1.2虚拟机栈 生命周期与线程相同,每个方法在执行时都会创建一个栈帧。 方法执行的过程,就是栈帧入栈到出栈的过程。 栈帧用于存放局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等 信息。 局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型和对象引用。1.3 本地方法栈 为虚拟机使用到的Native方法服务。 目前HotSpot虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。 1.4堆 存放对象实例,所有线程共享。 1.5 方法区(永久代) 存放被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译器编 译后的代码等。
深入理解java虚拟机 (一)虚拟机内存划分 Java虚拟机在执行Java程序时,会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区。这些区域有不同的特性,起不同的作用。它们有各自的创建时间,销毁时间。有的区域随着进程的启动而创建,随着进程结束而销毁,有的则始终贯穿虚拟机整个生命周期。 Java虚拟机运行时内存区域主要分为七部分,分别是:程序计数器,Java虚拟机栈,本地方法栈,方法区,Java堆,运行时常量池,直接内存。 如上图所示(图片来源于网络): 蓝色区域包裹的部分为运行时几个数据区域: 白色的部分为线程私有的,既随着线程的启动而创建。每个线程都拥有各自的一份内存区域。它们是:JAVA栈(JAVA STACK),本地方法栈(NATIVE METHOD STACK),和程序计数器(PROGRAM COUNTER REGISTER)。 黄色部分是线程共享的,所有的线程共享该区域的内容。他们是: 方法区(METHOD AREA),堆(HEAP)。 我们分别来介绍这些区域。 (1)程序计数器(program counter register)
学过计算机组成原理的都知道计算机处理器中的程序计数器。当处理器执行一条指令时,首先需要根据PC中存放的指令地址,将指令由内存取到指令寄存器中,此过程称为“取指令”。与此同时,PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令,执行指令。完成第一条指令的执行,而后根据PC取出第二条指令的地址,如此循环,执行每一条指令。 处理器的程序计数器是指寄存器,而java程序计数器是指一小块内存空间。java代码编译字节码之后,虚拟机会一行一行的解释字节码,并翻印成本地代码。这个程序计数器盛放的就是当前线程所执行字节码的行号的指示器。在虚拟机概念模型中,字节码解释器工作室就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支,循环,跳转,异常处理等都依赖于它。 Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式实现的,因此为了线程切换后还能恢复执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器。 如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果执行的是Java Native方法,这个计数器值为空。 而且程序计数器是Java虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError的区域。 (2)虚拟机栈 Java虚拟机栈(VM Stack)也是线程私有的,因此它的生命周期也和线程相同。它存放的是Java方法执行时的数据,既描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法开始执行的时候,都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于储存局部变量表、栈操作数、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。经常有人把Java内存分为堆内存和栈内存,这种是比较粗糙的分法,很大原因是大多数程序‘猿’最关注的,与对象内存分配最密切的区域就是堆和栈。局部变量表存放的是编译器可知的各种基本数据类型(boolean 、byte、int、long、char、short、float、double)、对象引用(reference类型)和returnAddress类型(它指向了一条字节码指令的地址)。其中64bit长度的long和double会占用两个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间是在编译时期确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java虚拟机规范中,对这部分区域规定了两种异常:1、当一个线程的栈深度大于虚拟机所允许的深度的时候,将会抛出StackOverflowError异常; 2、如果当创建一个新的线程时无法申请到足够的内存,则会抛出OutOfMemeryError异常。 (3)本地方法栈 本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是十分相似的,他们之间的区别不过是虚拟机栈为Java方法字节码服务,而本地方法栈则为Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法使用的语言和使用方法与数据结构没有强制规定,因此具体的虚拟机可
我们都知道虚拟机的内存划分了多个区域,并不是一张大饼。那么为什么要划分为多块区域呢,直接搞一块区域,所有用到内存的地方都往这块区域里扔不就行了,岂不痛快。是的,如果不进行区域划分,扔的时候确实痛快,可用的时候再去找怎么办呢,这就引入了第一个问题,分类管理,类似于衣柜,系统磁盘等等,为了方便查找,我们会进行分区分类。另外如果不进行分区,内存用尽了怎么办呢?这里就引入了内存划分的第二个原因,就是为了方便内存的回收。如果不分,回收内存需要全部内存扫描,那就慢死了,内存根据不同的使用功能分成不同的区域,那么内存回收也就可以根据每个区域的特定进行回收,比如像栈内存中的栈帧,随着方法的执行栈帧进栈,方法执行完毕就出栈了,而对于像堆内存的回收就需要使用经典的回收算法来进行回收了,所以看起来分类这么麻烦,其实是大有好处的。 提到虚拟机的内存结构,可能首先想起来的就是堆栈。对象分配到堆上,栈上用来分配对象的引用以及一些基本数据类型相关的值。但是·虚拟机的内存结构远比此要复杂的多。除了我们所认识的(还没有认识完全)的堆栈以外,还有程序计数器,本地方法栈和方法区。我们平时所说的栈内存,一般是指的栈内存中的局部变量表。下面是官方所给的虚拟机的内存结构图
从图中可以看到有5大内存区域,按照是否被线程所共享可分为两部分,一部分是线程独占区域,包括Java栈,本地方法栈和程序计数器。还有一部分是被线程所共享的,包括方法区和堆。什么是线程共享和线程独占呢,非常好理解,我们知道每一个Java进行都会有多个线程同时运行,那么线程共享区的这片区域就是被所有线程一起使用的,不管有多少个线程,这片空间始终就这一个。而线程的独占区,是每个线程都有这么一份内存空间,每个线程的这片空间都是独有的,有多少个线程就有多少个这么个空间。上图的区域的大小并不代表实际内存区域的大小,实际运行过程中,内存区域的大小也是可以动态调整的。下面来具体说说每一个区域的主要功能。
JVM详解 本文详细讲解了JVM(Java Virtual Machine)的方方面面,首先由java的特性来描绘JVM 的大致应用,再细细阐述了JVM的原理及内存管理机制和调优.最后讲述了与JVM密切相关的Java GC机制. 本文内容大多来自网络,但内容十分丰富,是学习JVM的好资料. 后面会再针对JVM的两大职责class loader和execution engine进行讲解 若有疑问
实验一熟悉NetBeans IDE 平台,开发环境及Java编程 实验目的: 1、我们使用的开发平台是NetBeans IDE,希望通过本次实验同学们能对NetBeans IDE 的开发环境有一个清楚的了解并能熟练运用,对Java语法进行初步运用,对面向对象的编程有一个直观的认识和深入理解,对于Java的基础知识进行理解运用和巩固。为以后的实验中能够进行开发程序打下基础。 2、通过编程和上机实验理解Java语言是如何体现面向对象编程基本思想,了解类的封装方法,以及如何创建类和对象,了解成员变量和成员方法的特性,掌握OOP方式进行程序设计的方法,了解类的继承性和多态性的作用。 实验内容: ● 1. 编写一个体现面向对象思想的程序。 ● 2. 编写一个创建对象和使用对象的方法的程序。 ● 3. 编写一个显示当前日期和时间的程序。 ● 4. 编写不同成员变量修饰方法的程序。 ● 5. 编写不同成员方法修饰方法的程序。 ● 6. 编写体现类的继承性(成员变量、成员方法、成员变量隐藏)的程序。 ●7. 编写体现类的多态性(成员方法重载、构造方法重载)的程序。 实验步骤: ●双击桌面上的NetBeans IDE 6.5.1快捷方式或在文件菜单中打开它。 图1-1 点击文件,创建新项目,创建一个项目名:experiment1。
点击按钮下一步: 在项目名称处输入:experiment1 然后点击完成:
在experiment1 下实现 程序 项目experiment1
样例1:编写应用程序输出如下三角形。 * *** ***** ******* 【参考程序】 public class Star { public static void main(String a[]) { System.out.println(" *"); System.out.println(" ***"); System.out.println(" *****"); System.out.println("*******"); } } 程序运行结果如图1-2所示。 【编程技巧】 (1) main方法是应用程序执行入口; (2) 如何在命令控制台输出字符串。 (3) 输出杨辉三角的前10行;进一步用参数传递的方式输出,例如,shuchu(n)表示 输出杨辉三角的前n行。 样例2:编写Applet程序绘制一个红色三角形,三角形中央绘制兰色文字“三角形”。 【参考程序】
深入理解Java反射机制 本文较为详细的分析了Java反射机制。分享给大家供大家参考,具体如下: 一、预先需要掌握的知识(java虚拟机) java虚拟机的方法区: java虚拟机有一个运行时数据区,这个数据区又被分为方法区,堆区和栈区,我们这里需要了解的主要是方法区。方法区的主要作用是存储被装载的类的类型信息,当java虚拟机装载某个类型的时候,需要类装载器定位相应的class文件,然后将其读入到java虚拟机中,紧接着虚拟机提取class 中的类型信息,将这些信息存储到方法区中。这些信息主要包括: 1、这个类型的全限定名 2、这个类型的直接超类的全限定名 3、这个类型是类类型还是接口类型 4、这个类型的访问修饰符 5、任何直接超接口的全限定名的有序列表 6、该类型的常量池 7、字段信息 8、方法信息 9、除了常量以外的所有类变量 10、一个到class类的引用 等等(读者可以参考《深入java虚拟机》这本书的叙述) Class类: Class类是一个非常重要的java基础类,每当装载一个新的类型的时候,java虚拟机都会在java堆中创建一个对应于新类型的Class实例,该实例就代表此类型,通过该Class实例我们就可以访问该类型的基本信息。上面说到在方法区中会存储某个被装载类的类型信息,我们就可以通过Class实例来访问这些信息。比如,对于上面说到的信息Class中都有对应的方法,如下:
1、getName();这个类型的全限定名 2、getSuperClass();这个类型的直接超类的全限定名 3、isInterface();这个类型是类类型还是接口类型 4、getTypeParamters();这个类型的访问修饰符 5、getInterfaces();任何直接超接口的全限定名的有序列表 6、getFields();字段信息 7、getMethods();方法信息 等等(读者可以自己参看jdk帮助文档,得到更多的信息) 二、java反射详解 反射的概念:所谓的反射就是java语言在运行时拥有一项自观的能力,反射使您的程序代码能够得到装载到JVM中的类的内部信息,允许您执行程序时才得到需要类的内部信息,而不是在编写代码的时候就必须要知道所需类的内部信息,这使反射成为构建灵活的应用的主要工具。 反射的常用类和函数:Java反射机制的实现要借助于4个类:Class,Constructor,Field,Method;其中class代表的是类对象,Constructor-类的构造器对象,Field-类的属性对象,Method -类的方法对象,通过这四个对象我们可以粗略的看到一个类的各个组成部分。其中最核心的就是Class类,它是实现反射的基础,它包含的方法我们在第一部分已经进行了基本的阐述。应用反射时我们最关心的一般是一个类的构造器、属性和方法,下面我们主要介绍Class 类中针对这三个元素的方法: 1、得到构造器的方法 Constructor getConstructor(Class[] params) -- 获得使用特殊的参数类型的公共构造函数,Constructor[] getConstructors() -- 获得类的所有公共构造函数 Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -- 获得使用特定参数类型的构造函数(与接入级别无关) Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 获得类的所有构造函数(与接入级别无关) 2、获得字段信息的方法
Java的类一些常识 “1、请解释Java语言的跨平台特性。 解析:虽然不知道什么是跨平台也可以使用Java语言进行编程,但是对于一个Java编程员来说,理解跨平台特性能够更深入掌握Java语言,所以企业中往往要求应聘者至少理解这个特性。 参考答案:Java的跨平台特性也被称为可移植性、平台无关性,或者一次编写处处运行。他的意思就是如果用Java语言编写一个应用,那么就可以在不同平台上运行,而不需要为不同平台单独运行开发。之所以能实现跨平台的特性。主要得益于Java虚拟机(JVM),JVM解释器在运行Java应用时根据当前平台进行解释,解释成符合当前平台规范的机器码,所以可以实现同样的应用在不同平台上都能运行。 “2、请列举JAVA语言的主要特点 解析:了解一门语言,往往从熟悉该语言的主要特点开始入手,所以企业也常常通过应聘者对JAVA语言特点的掌握程度而判断其语言基础是否扎实。 参考答案:JAVA语言有很多特点,主要包括:①跨平台性:一个应用可以不经过修改直接运行到不同的平台上。②面向对象:JAVA语言是一门面向对面的语言,可以使用对象的属性和行为,可以使用面向对象的思想进行分析设计,并实现整个应用。③解释执行JAVA应用时,JVM中的解释器将解释类文件,生成符合当前平台的字节码。④自动回收:JAVA 应用中的垃圾回收是自动进行的,JVM中的后台线程将监视内存中数据的使用,当内存中的数据不再被引用时,将被作为垃圾回收,而不需要程序员动手回收。 “3、请说明一个JAVA类中主要包含哪几个元素?并说明每种元素的作用。 解析:无论简单还是复杂的JAVA应用,都是由若干个类组成,所以类是JAVA应用的组成单位。了解一个类中包含的主要元素能够对类有一个清晰的认识。一个类中往往会有五种元素,即属性、方法、构造方法、块以及内部类、其实块和内部类比较少见。 参考答案:JAVA类中主要包含属性、方法、构造方法、块以及内部类。
Java虚拟机 一、什么是Java虚拟机 Java虚拟机是一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现。Java虚拟机有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。 1.为什么要使用Java虚拟机 Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。 2.谁需要了解Java虚拟机 Java虚拟机是Java语言底层实现的基础,对Java语言感兴趣的人都应对Java虚拟机有个大概的了解。这有助于理解Java语言的一些性质,也有助于使用Java语言。对于要在特定平台上实现Java虚拟机的软件人员,Java语言的编译器作者以及要用硬件芯片实现Java虚拟机的人来说,则必须深刻理解Java 虚拟机的规范。另外,如果你想扩展Java语言,或是把其它语言编译成Java语言的字节码,你也需要深入地了解Java虚拟机。 3.Java虚拟机支持的数据类型 Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型如下: byte://1字节有符号整数的补码 short://2字节有符号整数的补码 int://4字节有符号整数的补码 long://8字节有符号整数的补码 float://4字节IEEE754单精度浮点数 double://8字节IEEE754双精度浮点数 char://2字节无符号Unicode字符 几乎所有的Java类型检查都是在编译时完成的。上面列出的原始数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记。*作这些原始数据类型数据的字节码(指令)本身就已经指出了*作数的数据类型,例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把两个数相加,其*作数类型别是int、long、 float和double。虚拟机没有给boolean(布尔)类型设置单独的指令。boolean型的数据是由integer指令,包括integer 返回来处理的。boolean型的数组则是用byte数组来处理的。虚拟机使用IEEE754格式的浮点数。不支持IEEE格式的较旧的计算机,在运行 Java数值计算程序时,可能会非常慢。 虚拟机支持的其它数据类型包括: object//对一个Javaobject(对象)的4字节引用 returnAddress//4字节,用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令 注:Java数组被当作object处理。 虚拟机的规范对于object内部的结构没有任何特殊的要求。在Sun公司的实现中,对object的引用是一个句柄,其中包含一对指针:一个指针指向该object的方法表,另一个指向该object的数据。用Java
Java已经成为一个庞大而复杂的技术平台,对于开发人员而言,要想更好的掌握Java技术,深入理解底层的技术处理细节必不可少。现在介绍下java的四个核心概念: 1.Java虚拟机 Java虚拟机的主要任务是装在class文件并且执行其中的字节码。Java 虚拟机包含一个类装载器,它可以从程序和 API中装载class文件。Java API中只有程序执行时需要的那些类才会被装载。字节码由执行引擎来执行。不同的Java虚拟机中,执行引擎可能实现得非常不同。在由软件实现的虚拟机中,最简单的执行引擎就是一次性解释字节码。 另一种执行引擎更快,但是也更消耗内存,叫做"即时编译器(just-in-time compiler)"。在这种情况下,第一次被执行的字节码会被编译成本地机器代码。编译出的本地机器代码会被缓存,当方法以后被调用的时候可以重用。 第三种执行引擎是自适应优化器。在这种方法里,虚拟机开始的时候解释字节码,但是会监视运行中程序的活动,并且记录下使用最频繁的代码段。程序运行的时候,虚拟机只把那些活动最频繁的代码编译成本地代码,其他的代码由于使用得不是很频繁,继续保留为字节码-由虚拟机继续解释它们。 一个自适应的优化器可以使得Java虚拟机在80%~90%的时间里执行被优化过的本地代码,而只需要编译10%~20%的对性能有影响的代码。 2.类装载器的体系结构 一个Java应用程序可以使用两种类装载器:"启动(bootstrap)"类装载器和用户定义的类装载器。启动类装载器(这是系统中唯一的)是 Java虚拟机实现的一部分。启动类装载器通常使用某种默认方式从本地磁盘中装载类,包括Java API类(启动类装载器也被称为原始类装载器、系统类装载器或者默认类装载器)。Java培训:https://www.wendangku.net/doc/9415959067.html, Java应用程序能够在运行时安装用户定义的类装载器,这种类装载器能够使用自定义的方式来装载类。例如,从网络下载class文件。尽管启动类装载器是虚拟机实现的本质部分,而用户定义的类装载器不是,但用户定义的类装载器能够用Java来编写,能够被编译成class文件,能够被虚拟机装载,还能够像其它对象一样实例化。 3.Java class文件 Java class文件主要在平台无关性和网络移动性方面使Java更适合网络。它在平台无关性方面的任务是:为Java程序提供独立于底层主机平台的二进制形式的服务。这种途径途径打破了C或者C++等语言所遵循的传统,使用这些传统语言写的程序通常首先被编译,然后被连接成单
基础数据类型直接在栈空间分配,方法的形式参数,直接在栈空间分配,当方法调用完成后从栈空间回收。引用数据类型,需要用new来创建,既在栈空间分配一个地址空间,又在堆空间分配对象的类变量。方法的引用参数,在栈空间分配一个地址空间,并指向堆空间的对象区,当方法调用完成后从栈空间回收。局部变量new 出来时,在栈空间和堆空间中分配空间,当局部变量生命周期结束后,栈空间立刻被回收,堆空间区域等待GC回收。方法调用时传入的literal 参数,先在栈空间分配,在方法调用完成后从栈空间分配。字符串常量在方法区域分配,this 在堆空间分配。数组既在栈空间分配数组名称,又在堆空间分配数组实际的大小! 哦对了,补充一下static在方法区域分配。 从Java的这种分配机制来看,堆栈又可以这样理解:堆栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程(在支持多线程的操作系统中是线程)为这个线程建立的存储区域,该区域具有先进后出的特性。 每一个Java应用都唯一对应一个JVM实例,每一个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中,并由应用所有的线程共享.跟C/C++不同,Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的,但是这个对象的引用却是在堆栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存,在堆中分配的内存实际建立这个对象,而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。 <二> 这两天看了一下深入浅出JVM这本书,推荐给高级的java程序员去看,对你了解JAVA的底层和运行机制有 比较大的帮助。 废话不想讲了.入主题: 先了解具体的概念: JAVA的JVM的内存可分为3个区:堆(heap)、栈(stack)和方法区(method) 堆区: 1.存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的class的信息。(class的目的是得到操作指令) 2.jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身 栈区: 1.每个线程包含一个栈区,栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象),对象都存放在堆区中 2.每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的,其他栈不能访问。 3.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)。 方法区: 1.又叫静态区,跟堆一样,被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。 2.方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素,如class,static变量。 为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕,我们来准备2个小道具(2个非常简单的小程序)。 AppMain.java
深入理解Java虚拟机(JVM) 一、什么是Java虚拟机 当你谈到Java虚拟机时,你可能是指: 1、抽象的Java虚拟机规范 2、一个具体的Java虚拟机实现 3、一个运行的Java虚拟机实例 二、Java虚拟机的生命周期 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务:执行Java程序。程序开始执行时他才运行,程序结束时他就停止。你在同一台机器上运行三个程序,就会有三个运行中的Java 虚拟机。 Java虚拟机总是开始于一个main()方法,这个方法必须是公有、返回void、直接受一个字符串数组。在程序执行时,你必须给Java虚拟机指明这个包换main()方法的类名。 Main()方法是程序的起点,他被执行的线程初始化为程序的初始线程。程序中其他的线程都由他来启动。Java中的线程分为两种:守护线程(daemon)和普通线程(non-daemon)。守护线程是Java虚拟机自己使用的线程,比如负责垃圾收集的线程就是一个守护线程。当然,你也可以把自己的程序设置为守护线程。包含Main()方法的初始线程不是守护线程。 只要Java虚拟机中还有普通的线程在执行,Java虚拟机就不会停止。如果有足够的权限,你可以调用exit()方法终止程序。 三、Java虚拟机的体系结构 在Java虚拟机的规范中定义了一系列的子系统、内存区域、数据类型和使用指南。这些组件构成了Java虚拟机的内部结构,他们不仅仅为Java虚拟机的实现提供了清晰的内部结构,更是严格规定了Java虚拟机实现的外部行为。 每一个Java虚拟机都由一个类加载器子系统(class loader subsystem),负责加载程序中的类型(类和接口),并赋予唯一的名字。每一个Java虚拟机都有一个执行引擎(execution engine)负责执行被加载类中包含的指令。 程序的执行需要一定的内存空间,如字节码、被加载类的其他额外信息、程序中的对象、方法的参数、返回值、本地变量、处理的中间变量等等。Java虚拟机将这些信息统统保存在数据区(data areas)中。虽然每个Java虚拟机的实现中都包含数据区,但是Java虚拟机规范对数据区的规定却非常的抽象。许多结构上的细节部分都留给了Java虚拟机实现者自己发挥。不同Java虚拟机实现上的内存结构千差万别。一部分实现可能占用很多内存,而其他以下可能只占用很少的内存;一些实现可能会使用虚拟内存,而其他的则不使用。这种比较精炼的Java虚拟机内存规约,可以使得Java虚拟机可以在广泛的平台上被实现。 数据区中的一部分是整个程序共有,其他部分被单独的线程控制。每一个Java虚拟机