jvm专题 之 内存模型

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

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

对象的创建