Java对象内存管理

最新推荐文章于 2024-08-12 21:44:54 发布

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#java #开发语言

1 对象内存管理

1.1 Java 内存管理规则

在JAVA中，有java程序、虚拟机、操作系统三个层次，其中java程序与虚拟机交互，而虚拟机与操作系统交互。编译好的java字节码文件运行在JVM中。

程序中无论代码还是数据，都需要存储在内存中，而java程序所需内存均由JVM进行管理分配，开发者只需关心JVM是如何管理内存的，而无需关注某种操作系统是如何管理内存的，这就保证了java程序的平台无关性。由于Java内存是自动管理的，一般情况下不用人工干预。只有了解内存管理规则才能写出高质量的代码。

JVM会将申请的内存从逻辑上划分为三个区域：堆、栈、方法区。这三个区域分别用于存储不同的数据：

1、方法区是一个静态区，Java的类（.class）以及类中方法都加载到这个区域，在使用类之前Java会将类自动加载到方法区，只加载一次。

2、栈是Java局部变量的空间，局部变量是指在方法中声明的变量，包括方法参数和this都是局部变量。在方法运行期间所有局部变量都在栈中分配，当方法结束时候方法中分配的局部变量全部销毁。

3、堆是Java对象空间，Java的全部对象都在堆中分配，按照对象的属性在堆内存中分配对象的存储空间。对象使用以后，当对象不再被引用时候，对象变成内存垃圾，Java垃圾回收器会自动回收内存垃圾。

1.2 创建对象的过程

短短一行的创建对象的代码，实际上发生了很多的事情，涉及到堆、栈、方法区这三大内存空间。

如下图所示：

具体流程如下：

把Memory.class文件和Person.class文件加载进内存的方法区
在栈内存中，开辟空间，存放变量p
在堆内存中，开辟空间，存放Person对象
对成员变量进行默认的初始化
对成员变量进行显式初始化
执行构造方法
堆内存完成
把堆内存的地址值赋值给变量p ，p就是一个引用变量，引用了Person对象的地址值

2 堆内存

2.1 对象存储在堆中

JVM在其内存空间开辟了一个称为“堆”的存储空间，这部分空间用于存储使用new关键字所创建的对象。请看如下代码:

Person p = new Person （)；

其内存分布如下图所示：

从上图中可以看到右侧的堆内存，new Person（）所创建的对象在堆中分配，同时成员变量亦在此分配，并赋初始值为零。引用类型变量p在栈内存中分配，其中保存的数据，为对象在堆内存中的地址信息，假设对象在堆内存的地址为40DF，则p中保存的即是40DF。

2.2 成员变量的生命周期

当声明好对象之后，对该对象（堆中的Person）的访问需要依靠引用变量(栈中的p)，那么当一个对象没有任何引用时，该对象被视为废弃的对象，属于被回收的范围，同时该对象中的所有成员变量也随之被回收。

可以这样认为，成员变量的生命周期为：从对象在堆中创建开始到对象从堆中被回收结束。

请看如下的代码，演示了对象不再被引用:

Person   p  =  new  Person（）；
p = null ；  
//不再指向刚分配的对象空间，成员变量失效

2.3 垃圾回收机制

垃圾回收器（Garbage Collection，GC）是JVM自带的一个线程（自动运行着的程序），用于回收没有任何引用所指向的对象。

GC线程会从栈中的引用变量开始跟踪，从而判定哪些内存是正在使用的，若GC无法跟踪到某一块堆内存，那么GC就认为这块内存不再使用了，即为可回收的。但是，java程序员不用担心内存管理，因为垃圾收集器会自动进行管理。

2.4 Java程序的内存泄露问题

内存泄露是指，不再被使用的内存没有被及时的回收，严重的内存泄露会因过多的内存占用而导致程序的崩溃。在程序中应该尽量避免不必要的内存浪费。

GC线程判断对象是否可以被回收的依据是该对象是否有引用来指向，因此，当确定该对象不再使用时，应该及时的将其引用设置为null，这样，该对象即不再被引用，属于可回收的范围。

2.5 System.gc（）方法

GC的回收对程序员来说是透明的，并不一定一发现有无引用的对象就立即回收。一般情况下，当我们需要GC线程即刻回收无用对象时，可以调用System.gc（）方法。此方法用于建议JVM马上调度GC线程回收资源，但具体的实现策略取决于不同的JVM系统。

3 栈内存

3.1 栈用于存放方法中的局部变量

JVM在其内存空间开辟一个称为”栈”的存储空间，这部分空间用于存储程序运行时在方法中声明的所有的局部变量，例如，在main方法中有如下代码：

Person p = new Person （)；

int num = 5；

其内存分配如下图所示：

说明：方法中的变量即为局部变量，是在栈内存中分配，若变量为值类型，则在栈中存储的就是该变量的值。若变量为引用类型，则在栈中存储的是堆中对象的地址。

3.2 局部变量的生命周期

一个运行的Java程序从开始到结束会有多次方法的调用。JVM会为每一个方法的调用在栈中分配一个对应的空间，这个空间称为该方法的栈帧。一个栈帧对应一个正在调用中的方法，栈帧中存储了该方法的参数、局部变量等数据。当某一个方法调用完成后，其对应的栈帧将被清除，局部变量即失效。

3.3 成员变量和局部变量

成员变量与局部变量的差别如下：

局部变量：

定义在方法中
没有默认值，必须自行设定初始值
方法被调用时，存在栈中，方法调用结束时局部变量从栈中清除

成员变量：

定义在类中，方法外
由系统设定默认初始值，可以不显式初始化
所在类被实例化后，存在堆中，对象被回收时，成员变量失效

4 方法区

4.1 方法区用于存放类的信息

方法区用于存放类的信息，Java程序运行时，首先会通过类装载器载入类文件的字节码信息，经过解析后将其装入方法区。类的各种信息（包括方法）都在方法区存储，看如下代码：

Person p = new Person （)；

程序在执行这句话时，类首先被装载到JVM的方法区，其中包括类的基本信息和方法定义等，如下图所示：

通过图示可以看出，在方法区中，包含Person类的字节码文件，及类的基本信息及方法M1等。

4.2 方法只有一份

当类的信息被加载到方法区时，除了类的类型信息以外，同时类内的方法定义也被加载到方法区。

类在实例化对象时，多个对象会拥有各自在堆中的空间，但所有实例对象是共用在方法区中的一份方法定义的。意味着，方法只有一份。看如下代码：

Person p1 = new Person（）；

Person p2 = new Person（）；

p1.M1( );

p2.M1( );

如上的代码中，对象有两个，但是M1方法只有一份，分别针对p1指向的对象和p2指向的对象调用了两次。