jvm专题之内存模型

news2024/9/29 15:25:02

文章目录

前言
一个java对象的运行过程
jvm内存分布
程序的基本运行程序
- 对象
- - 什么是对象
  - 对象的创建
  - - 一、类加载检查
    - 二、对象内存分配
    - 三、初始化零值
    - 四、设置对象头
    - 五、执行初始化方法
  - 对象的访问定位
- 对象与类的关系
- 由类创建对象的顺序
对象的创建

前言

一个程序需要运行，需要在内存中开辟一块空间
类是构建对象的模板，只有类加载到内存中才能创建对象

一个java对象的运行过程

在这里插入图片描述

1、我们自己创建一个Test类，功能只有一个：System.out.println(“hello world”);
2、然后通过终端运行 javac Test.java，会将Test类编译成二进制字节码文件Test.class
3、然后我们继续运行 java Test.class，于是会打印出“hello world”。
4、控制着程序的执行流程的是虚拟机栈
（打印的过程就是在内存中进行的）

jvm内存分布

由上边图可以看到，jvm主要分为五个区域。我们可以分为两大类：

线程独享：程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈
线程共享：堆、方法区
每个区域主要的职责，参看上图就可以了，这里不多数
（各位读者，如果有了解本地方法栈的，欢迎留言哦）

程序的基本运行程序

在java中，万物皆可对象。那么，什么是对象呢，对象与类又是什么关系呢？

对象

什么是对象

对象是堆内的一块内存空间，是由类构建出来的

对象的创建

一、类加载检查

检查能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化
- 如果类已经加载过了，会在方法区有一个类的class对象
- 如果类没有加载过，需要先执行类的加载流程

二、对象内存分配

类加载检查通过后，接下来虚拟机为新生对象分配内存（大小在类加载完成后便可以完全确定）
- 分配内存的方法
  - 指针碰撞法（假设java中内存是绝对规整的）（带Compact的收集器，如Serial ParkNew）
  - 空闲列表法（java堆中内存并不规整）（基于Mark-Sweep算法的收集器，如CMS）
- 多线程时如何保证划分的空间可用？
  
  （1）使用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性
  （2）本地线程分配缓冲TLAB：线程开启时，虚拟机为每个线程分配一块较大的空间，然后线程内部创建对象时从自己的空间分配
  （每个线程在java堆中预先分配内存TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB参数来设定）

三、初始化零值

给实例对象的成员变量赋零值，如int型为0，引用类型为null。
这样在没有赋值的情况下，对象也可以使用

四、设置对象头

对象头
- Mark Word：HashCode、GC分代年龄、持有锁的状态、偏向线程ID、偏向时间戳
- 类型指针：指向类元数据的指针（虚拟机通过这个指针来确定这个对象时哪个类的实例）
实例数据：对象真正存储的有效信息（相同的宽度总是被分配到一起）
对齐填充：jvm要求对象的大小必须是8字节的整数倍

五、执行初始化方法

如构造方法

对象的访问定位

直接指针：对象实例数据 + 对象类型数据的指针
- 特点：java堆中存储对象实例数据+对象类型数据的指针放在一起
- 优点：访问速度快
句柄指针：（句柄池中）对象实例数据的指针 + 对象类型数据的指针；对象实例数据在堆中额外的位置
- 特点：java堆中需要划分出一部分来作为句柄池，
- 好处：有稳定的句柄池，在对象被移动时只会改变句柄池中的指针
- 缺点：相比直接指针，访问速度慢

对象与类的关系

类是构建对象的模板，类中有什么，对象当中有什么。

由类创建对象的顺序

我们先来一个Person类，然后再来一个Test类用来测试，一起来看一下顺序

代码

public class Person {
    String name;
    Integer age;
    Character sex;
    public static void breath(){
        System.out.println("会呼吸");
    }
    public void speek(){
        System.out.println("可以说话");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person();
        person1.name = "Lucy";
        person1.age = 20;
        person1.sex = 'F';
        System.out.println(person1.name+"，年龄为："+person1.age+"，性别是："+person1.sex);
        person1.breath();    // 也可以Person.breath();
        person1.speek();
        
        // person2是为了后续的内容讲解，此处先不用关注
        Person person2 = new Person();
        person2.name = "Lucy";
        person2.age = 20;
        person2.sex = 'F';
        person2.breath();
        person2.speek();
    }
}

备注：person2是为了对比，下边内容讲解会先忽略这里，只看person1

内存图

执行顺序：
1、加载Test类信息到方法区中
2、main()方法入栈
3、加载Person类信息到方法区
4、给对象person1的name赋值，name为String类型，person1对象中name指向的是一个引用地址，数据存放在方法区的字符串常量池中
5、给对象person1的age赋值，age为Integer类型，当age取值为[-128,127]时，age指向的是数组中的某一个。如果超出范围，会创建新的Integer对象
6、给对象的sex赋值，在堆中创建一个对象
7、调用breath()方法
8、调用speek()方法
多说两句（以上边的person1和person2来比对）
- 如果age取值在[-128,127]内，多个对象指向的是同一内存空间
```
System.out.println(person1.age == person2.age);
-------------
true
```
- 如果age取值不在[-128,127]之间，那么不同的对象的age需要在堆中额外创建对象
```
person1.age = 200;
person2.age = 200;
System.out.println(person1.age == person2.age);
--------运行结果---------
false
```
- 对于Character类，只要值相等，那么多个对象指向的是同一空间地址
```
System.out.println(person1.sex == person2.sex);
--------运行结果---------
true
```