【JVM】内存区域划分 | 类加载的过程 | 双亲委派机制 | 垃圾回收机制

2024-05-27 00:20
文章标签 java 加载 jvm 内存 区域 回收 过程 机制 划分 垃圾 双亲 委派

本文主要是介绍【JVM】内存区域划分 | 类加载的过程 | 双亲委派机制 | 垃圾回收机制，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • JVM
    • 一、内存区域划分
          • 1.方法区（1.7之前）/ 元数据区（1.8开始）
          • 2.堆
          • 3.栈
          • 4.程序计数器
          • 常见面试题：
    • 二、类加载的过程
      • 1.类加载的基本流程
          • 1.加载
          • 2.验证
          • 3.准备
          • 4.解析
          • 5.初始化
      • 2.双亲委派模型
            • 类加载器
            • 找.class文件的过程：
            • 打破双亲委派模型
    • 三、垃圾回收机制
            • GC的缺陷
            • GC回收的目标
        • 回收的步骤
          • 1.找到垃圾
            • 1.引用计数 [Python 、PHP]
            • 2.可达性分析 [Java]
            • GCRoots
          • 2.释放垃圾
            • 1.标记清除
            • 2.复制算法
            • 3.标记整理
            • 分代回收

JVM

一、内存区域划分

​ 一个运行起来的Java进程，就是一个JVM虚拟机。会从操作系统申请一大块内存。这块内存会被划分成不同的区域，每个区域都有不同的作用。

类似于租了一个写字楼，进行装修，划分不同的功能

1.方法区（1.7之前）/ 元数据区（1.8开始）
  • 存储的内容是类对象

类对象：.class文件，加载到内存之后，就成了类对象

2.堆

  • 存储的是代码中new的对象

  • 堆是这块空间中，占据空间最大的区域

3.栈

虚拟机栈

  • 存储的是代码执行过程中，方法之间的调用关系

  • 栈中的每个元素称为“栈帧”。栈帧就代表了一个方法调用。栈帧里包含了方法的入口、方法返回的位置、方法的形参、方法的返回值、局部变量…

4.程序计数器
  • 相对比较小的空间
  • 存放一个“地址”。表示每个线程，下一条要执行指令的地址。这个执行的指令在方法区里（每个方法，里面的指令，都是以二进制的形式，保存到对应的类对象中）
class Test{public void a(){//}public void b(){//}
}

​ 这个类中有两个方法。方法a和方法b都会被编译成二进制的指令，放到.class文件中。在执行类加载的时候，就会把.class文件里的内容，加载起来，放到类对象里。此时方法的二进制指令也就进入类对象了。

​ 刚开始调用方法时，程序计数器记录的是方法的入口地址。随着一条一条的执行指令，每执行一条，程序计数器的值都会自动更新，去指向下一条指令。如果是顺序执行的代码，下一条指令就是把指令地址进行递增。如果是条件/循环代码，下一条指令就可能会跳转到比较远的地址。

  • 每个线程都有一份虚拟机栈和程序计数器
  • 每个进程只有一份堆和元数据区
常见面试题：

给一段代码，说明某个变量，是处于JVM内存当中的哪个区域

class Test{public int n;public static int a = 10;
}
void main(){Test t = new Test();
}

请问：n、a、t 分别处于哪个区域？

答：1.n是一个成员变量，在new Test对象的时候，这个对象中就会包含n这个属性。new出来的对象在堆上，因此成员变量n就处于堆上。2. t是方法内部的一个局部变量，处于栈上。每个栈帧包含有一个局部变量表，通过局部变量表来保存局部变量。3.a是一个静态变量，也称作类属性。包含在类对象中，处于方法区/元数据区当中。

变量处于哪个空间上，与变量是引用类型还是基本类型无关。t这个变量是一个引用类型的变量，存的是一个对象的地址，而不是对象本身。

二、类加载的过程

1.类加载的基本流程

​ Java代码会被编译成.class文件（包含了一些字节码）。Java程序要想运行起来，就需要让JVM读取到这些这些.class文件，并且把里面的内容构造成类对象，保存到内存的方法区中。

​ “执行代码”就是调用方法，需要先知道每个方法，编译后生成的指令都是啥。所以先将.class文件中的指令，先读到内存中，构造成类对象。程序计数器指向类对象中对应方法的具体指令。JVM就会根据指令的位置继续执行。

1.加载
  • 找到.class文件，打开文件并读取文件内容。

​ 代码中，会给定某个类的“全限定类名”（带有包名的，例如java.long.String/java.util.ArrayList）JVM就会根据这个类名，在一些指定的目录范围内，进行查找。

2.验证

​ .class文件是一个二进制的格式，某个字节都有某个特殊含义。需要验证当前读到的这个文件格式是否符合要求。（.class文件的内容格式要符合java设定的规范）

在这里插入图片描述

java有具体的语言规范和虚拟机规范，虚拟机规范中，规定了.class文件要遵循的格式结构

在这里插入图片描述

  • 一般二进制文件，开头的几个字节都是固定的数字，用来表示文件的格式。这个数字称为magic number “魔幻数字”
  • 验证就是要确保读到的.class文件，当中的格式，是严格按照上述内容展开的。如果验证失败就会返回报错
3.准备
  • 因为类加载的目的就是构造出一个类对象，所以准备这一步，就是要给类对象分配内存空间。

​ 这里只是分配内存空间，还没有进行初始化。此时内存中存储的对应数据都是0（此时打印这个类中的static成员，就都是0）

4.解析
  • 处理类对象中包含的字符串常量。进行一些初始化操作，用真正的内存地址来替换偏移量

java代码中用到的字符串常量，在编译后，也会进入到.class文件中。

final String s = "test";
//'test'作为字符串常量，会进入到.class文件当中
//通时，.class文件的二进制指令中，也会创建出一个s这样的引用

​ 由于引用的本质是保存一个变量的地址。.class文件，不涉及内存地址。所以在.class文件中，s的初始化语句会先被设置成一个“文件的偏移量”。通过这个偏移量，就可以找到"test"字符串所在的位置。当这个类真正被加载带内存中时，再把偏移量替换回真正的内存地址

在这里插入图片描述

  • 把“符号引用”（文件偏移量）替换成"直接引用"（内存地址）
5.初始化
  • 针对类对象进行初始化

把类对象中需要的各个属性都设置好，还需要初始化static成员，执行静态代码块，加载父类

2.双亲委派模型

  • 双亲委派模型是类加载中，“加载”过程中的一个环节。负责根据“全限定类名”来找到.class文件。
类加载器

类加载器是JVM的一个模块。JVM中内置了三个类加载器：

1.BootStrap ClassLoader (爷)

2.Extension ClassLoader (父)

3.Application ClassLoader (子)

这些类加载器中有一个parent属性，指向父"类加载器"

“双亲”指的就是parent这个属性

找.class文件的过程：

1.给定一个类的全限定类名,(java.long.String,)

2.从Application ClassLoader 作为入口，开始执行查找的逻辑。

3.Application ClassLoader ，不会立即扫描自己负责的目录（负责的是搜索项目当前目录和对应的第三方库目录），而是把扫描的任务交给它的父亲（Extension ClassLoader）

4.Extension ClassLoader,也不会立即扫描自己负责的目录（负责的是JDK中一些扩展的库，对应的目录），把查找的任务交给它的父亲（BootStrap ClassLoader）

5.BootStrap ClassLoader,也不会立刻扫描自己负责的目录（负责的是 标准库的目录），也想交给父亲来扫描，但是由于没有父亲，就只能自己亲自扫描 标准库的目录。java.long.String这个类就能在标准库中，找到对应的.class文件，进而打开读取文件

6.如果没有扫描到，就会返回到Extension ClassLoader。负责扫描扩展库的目录 。找的了后续的类加载

7.如果没有扫描到，就会返回到Application ClassLoader。负责扫描当前项目和第三方库的目录，找的了进行后续类加载

8.最终如果没有找到，也没有孩子了，就会抛出一个ClassNotFoundException 异常。

  • 这样做的目的，是为了确保标准库的类优先级最高，其次的扩展库，其次是自己写的类和第三方库
打破双亲委派模型
  • 自己写的类加载器，就可以不遵守这些规则。tomcat里，加载webapp的时候就是用的自定义加载器，就只能在webapp指定目录中查找，找不到就直接抛出，不会去标准库中去找。

三、垃圾回收机制

  • GC 垃圾回收

​ 在C语言中，用malloc进行“动态申请内存”，用完后通过free释放。C++里则用new动态申请内存，用完后通过delete来释放。malloc只是申请内存，new不仅能申请内存，也能进行初始化（调用构造函数）。Java也采用了new这样的写法，在Java中new一个对象，就是“动态申请内存”。

  • Java通过垃圾回收机制（GC），来让JVM自行判断，某个内存是否不再使用。如果后面不用了，就会自动把这个内存回收掉，从而不需要手动写代码回收
GC的缺陷

1.系统开销，需要一些特定的线程，不断扫描内存中的所有对象，看是否能够回收。需要额外的cpu资源

2.效率问题，扫描线程有一定周期，不一定能及时释放内存。一旦有大量对象需要被回收，GC的负担会变得很大，从而引发程序的卡顿（STW问题 stop the world）

GC回收的目标

​ 目标是内存中的对象。对应Java来说，就是new出来的这些对象。栈里的局部变量，是跟随着栈帧的生命周期走的（方法执行结束，栈帧销毁，内存自然释放）。静态变量，生命周期是整个程序。不需要进行释放。真正需要GC释放的，是堆上new出来的对象。

回收的步骤
1.找到垃圾

这里的“垃圾”指的是不再使用的对象。有两种主要方案

1.引用计数 [Python 、PHP]

​ new出来的对象，单独安排一块空间，来保存一个计数器。用来描述这个对象被几个引用所指向。如果一个对象没有被引用指向（引用计数是0.）就可以被视为“垃圾”

引用计数的缺点：

1.比较浪费内存。

​ 每个对象丢需要有一个计数器。计数器会占据不小的空间，如果对象本身很小并且数量很多。计数器占用的空间比例的无法忽视。

2.存在“循环引用”的问题

//形如以下代码、
class Test{public Test t;
}
Test a = new Test();
Test b = new Test();
a.t = b;
b.t = a;
a = null;
b = null;

16730357914)

​ 当a和b两个引用已经被销毁了。new出来的这两个对象无法被其他代码访问到了，但是他们的引用计数却不是0，所有不能进行回收。第一个对象引用了第二个对象，第二个对象引用了第一个对象。要想使用第一个对象就需要拿到第二个对象，要想拿到第二个对象，又得先拿到第一个对象。构成了“循环引用”

2.可达性分析 [Java]

  • 本质上是 时间换取空间的手段

  • 有一个/一组 线程。周期性的扫描代码中所有的对象。从一些特定的对象出发，尽可能的进行访问的遍历。把所有能够访问到的对象都标记成“可达”。反之，扫描后没有被标记的对象，就是“垃圾”。

void func(){TreeNode root = bulidTree();
}
  • 就相当于从根节点root这个引用出发，不断遍历，到达整棵树的左右节点。能遍历到的TreeNode对象，都是可达的。
GCRoots

​ 可达性分析的出发点有很多，不仅是所有的局部变量，还有常量池中引用的对象、还有方法区中的静态引用类型引用的变量…这些出发点就叫做GCRoots。

​ 这里的遍历大概率是N叉树，取决于访问是对象里有多少个引用类型的成员，针对每个引用类型的成员都需要进一步进行遍历。对象是否为垃圾，可能会随着代码的执行而发生改变，所以扫描过程是周期性进行的。这样下来，可达性分析就比较消耗系统资源，开销就比较大。

2.释放垃圾

有三种主要方案

1.标记清除

​ 比较简单粗暴的释放方式。

​ 经过可达性分析后，找到了“垃圾”对象，直接释放垃圾对象对应的内存。但是这样做会产生很多内存碎片。释放内存的目的是为了让别的代码能够申请。申请内存都是申请“连续”的内存空间。

2.复制算法

在这里插入图片描述

​ 通过复制的方式，把有效的对象，归类到一起，再统一释放剩下的空间

把内存分成两份，一次只用其中的一半。从而有效解决内存碎片问题。

缺点：

​ 1.内存浪费了一半，利用率不高

​ 2.如果有效对象比较多，拷贝的开销就很大

3.标记整理
  • 既能解决内存碎片问题，又能处理复制算法中利用率的问题

在这里插入图片描述

  • 类似于顺序表删除元素的操作，搬运的开销仍然很大

实际上，JVM采取的释放思路，是上述三种思路的结合体。

分代回收

在这里插入图片描述

  • 伊甸区：存放刚new出来的对象。从对象诞生到第一轮可达性分析扫描，这个过程中（毫秒~秒级）大部分对象都会成为垃圾。（创建的对象，指向对象的引用很快就会随着方法执行完毕而消亡。就会变成垃圾）
  • 幸存区：第一轮结束后，仍然不是垃圾的对象，就会被“复制算法”，拷贝到幸存区

1.伊甸区=>幸存区 复制算法的体现，每一轮GC扫描之后,都把有效对象复制到幸存区中（真正需要拷贝的并不多），伊甸区就可以整个释放了

2.GC扫描线程也会扫描幸存区，把扫描后“可达”的对象，拷贝到幸存区的另一部分。（幸存区分成两部分，也是复制算法 的体现）

3.当对象已经在幸存区存活过很多轮GC扫描之后，JVM就认为这个对象在短时间内应该不会释放，就会把这个对象拷贝到老年代。

4.进入老年代的对象，虽然也会被GC扫描，但是被扫描的频率要比新生代要低很多。 老年代相对生命周期更长，所以降低扫描频率，减少GC扫描的开销。在老年代中，使用标记整理的方式进行回收

点击移步博客主页，欢迎光临~

偷cyk的图

这篇关于【JVM】内存区域划分 | 类加载的过程 | 双亲委派机制 | 垃圾回收机制的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1005998。

相关文章

C++对象布局及多态实现探索之内存布局（整理的很多链接）

C++对象布局及多态实现探索之内存布局（整理的很多链接）

本文通过观察对象的内存布局，跟踪函数调用的汇编代码。分析了C++对象内存的布局情况，虚函数的执行方式，以及虚继承，等等 文章链接：http://dev.yesky.com/254/2191254.shtml      论C/C++函数间动态内存的传递 (2005-07-30)   当你涉及到C/C++的核心编程的时候，你会无止境地与内存管理打交道。 文章链接：http://dev.yesky
阅读更多...
Java五子棋之坐标校正

Java五子棋之坐标校正

上篇针对了Java项目中的解构思维，在这篇内容中我们不妨从整体项目中拆解拿出一个非常重要的五子棋逻辑实现：坐标校正，我们如何使漫无目的鼠标点击变得有序化和可控化呢？ 目录 一、从鼠标监听到获取坐标 1.MouseListener和MouseAdapter 2.mousePressed方法 二、坐标校正的具体实现方法 1.关于fillOval方法 2.坐标获取 3.坐标转换 4.坐
阅读更多...
Spring Cloud：构建分布式系统的利器

Spring Cloud：构建分布式系统的利器

引言 在当今的云计算和微服务架构时代，构建高效、可靠的分布式系统成为软件开发的重要任务。Spring Cloud 提供了一套完整的解决方案，帮助开发者快速构建分布式系统中的一些常见模式（例如配置管理、服务发现、断路器等）。本文将探讨 Spring Cloud 的定义、核心组件、应用场景以及未来的发展趋势。 什么是 Spring Cloud Spring Cloud 是一个基于 Spring
阅读更多...
Javascript高级程序设计(第四版)--学习记录之变量、内存

Javascript高级程序设计(第四版)--学习记录之变量、内存

原始值与引用值 原始值：简单的数据即基础数据类型，按值访问。 引用值：由多个值构成的对象即复杂数据类型，按引用访问。 动态属性 对于引用值而言，可以随时添加、修改和删除其属性和方法。 let person = new Object();person.name = 'Jason';person.age = 42;console.log(person.name,person.age);//'J
阅读更多...
java8的新特性之一（Java Lambda表达式）

java8的新特性之一（Java Lambda表达式）

1：Java8的新特性 Lambda 表达式： 允许以更简洁的方式表示匿名函数（或称为闭包）。可以将Lambda表达式作为参数传递给方法或赋值给函数式接口类型的变量。 Stream API： 提供了一种处理集合数据的流式处理方式，支持函数式编程风格。 允许以声明性方式处理数据集合（如List、Set等）。提供了一系列操作，如map、filter、reduce等，以支持复杂的查询和转
阅读更多...
C/C++的编译和链接过程

C/C++的编译和链接过程

目录 从源文件生成可执行文件（书中第2章） 1.Preprocessing预处理——预处理器cpp 2.Compilation编译——编译器cll ps：vs中优化选项设置 3.Assembly汇编——汇编器as ps：vs中汇编输出文件设置 4.Linking链接——链接器ld 符号 模块，库 链接过程——链接器 链接过程 1.简单链接的例子 2.链接过程 3.地址和
阅读更多...
Java面试八股之怎么通过Java程序判断JVM是32位还是64位

Java面试八股之怎么通过Java程序判断JVM是32位还是64位

怎么通过Java程序判断JVM是32位还是64位 可以通过Java程序内部检查系统属性来判断当前运行的JVM是32位还是64位。以下是一个简单的方法： public class JvmBitCheck {public static void main(String[] args) {String arch = System.getProperty("os.arch");String dataM
阅读更多...
详细分析Springmvc中的@ModelAttribute基本知识（附Demo）

详细分析Springmvc中的@ModelAttribute基本知识（附Demo）

目录 前言1. 注解用法1.1 方法参数1.2 方法1.3 类 2. 注解场景2.1 表单参数2.2 AJAX请求2.3 文件上传 3. 实战4. 总结 前言 将请求参数绑定到模型对象上，或者在请求处理之前添加模型属性 可以在方法参数、方法或者类上使用 一般适用这几种场景： 表单处理：通过 @ModelAttribute 将表单数据绑定到模型对象上预处理逻辑：在请求处理之前
阅读更多...
eclipse运行springboot项目，找不到主类

eclipse运行springboot项目，找不到主类

解决办法尝试了很多种，下载sts压缩包行不通。最后解决办法如图： help--->Eclipse Marketplace--->Popular--->找到Spring Tools 3---->Installed。
阅读更多...
JAVA读取MongoDB中的二进制图片并显示在页面上

JAVA读取MongoDB中的二进制图片并显示在页面上

1：Jsp页面： <td><img src="${ctx}/mongoImg/show"></td> 2：xml配置： <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2