Java--JVM虚拟机

一.Java内存模型 (Java 内存管理机制)

1)运行时数据区
Java虚拟机在执行Java程序时,会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

线程隔离的数据区

程序计数器:
是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储(线程私有的内存)。
此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

java虚拟机栈:
也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程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,如在扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈:
与虚拟机栈所发挥的作用非常相似。区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

由所有线程共享的数据区

Java堆:
Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。它被所有线程共享,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,几乎所有对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存完成实例分,并且堆也无法再扩展时,将分抛出OutOfMemoryError异常。

方法区:
与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已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数据。
相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入方法区就永久存在了。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,一般回收成绩较差。
当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。
内存分配和回收策略

二、JAVA反射机制
总结:在程序运行时通过类类型Class获得目标类的信息,然后在类信息的基础上使用相对应的类加载器加载到内存中,再然后对这个类中进行实例化,方法调用等的使用的整个过程。

Java可以在运行时加载、探知、使用编译期间完全未知的class。
Java可以在运行时获得任意一个类的信息(包括它的基类、所实现的接口、方法等)、构建类的Class对象(不是该类的对象,是后面提高的类类型)、生成类实例、调用methods。

RTTI(Run-Time Type Information,运行时类型信息),即程序在运行时去获得一个对象所对应的类的信息。

类类型java.lang.Class:
Class是所有类和接口的抽象,比如类的名字、类实现的接口、方法、属性等。可以通知某个对象的Class对象来获取类的信息。

Class loader
类加载的过程就是将.class加载到内存中。反射过程中使用到了Classloader,并且不同的类需要相对应的Classloader来加载。
Classloader是负责加载类的对象,作用是根据Jvm请求提供的类信息,将请求的类加载到内存中或加载到Jvm中。
每一个类的Class对象都持有一个对应的Classloader的引用,可以通过Class对象的getClassLoader()方法得到。

Java的Classloader有四种,分别为:

bootstrap Classloader:引导类加载器;
是用C++编写的,是JVM的内置类加载器,它的名字为null。它用来加载核心类库,即在lib下的类库。
extension Classloader:扩展类加载器;
加载lib/ext下的类库。
Application Classloader:应用程序类加载器;
加载ClassPath里的类库。
User Defined Classloader:自定义类加载器。
层次关系:

每一个Class对象都会持有一个对应的ClassLoader的引用。每一个ClassLoader对象也会持有一个Parent ClassLoader的引用。(不是继承,只是引用)
Bootstrap ClassLoader <- Extrension ClassLoader <- Application Classloader <- ....

双亲加载机制:

即当一个ClassLoader接到请求时,它不是直接加载对应的类,而是询问它引用的ClassLoader是否能够加载,而这个父ClassLoader则会询问自己引用的ClassLoader是否加载了该类。只有当所有的ClassLoader都没有加载该类时,最初的ClassLoader才自己去加载申请的类。
双亲加载机制可以一定程序上保证安全性,因为只要顶层ClassLoader能加载的东西就一定不会让下层的ClassLoader有机会加载。也就保证了有些自定义的带有破坏性的类不会被加载到JVM核心中。

Class类类型

Class类是所有类(注意是对象)的共有信息的抽象,比如该类实现的接口、对应的加载器、类名等等。
一句话,每一个类都有一个Class对象,这个对象在类加载后由JVM自动构造,也是由JVM管理的,Class类没有公共的构造方法。
怎么得到Class对象:
1)利用Object.getClass()方法获取该对象的Class实例;
2)利用Class.forName()静态方法,用类的名字获取一个Class实例;
3)运行类的.class的方式来获取Class实例,对于基本数据类型的封装类,还可以采用.TYPE来获取相对应的基本数据类型的Class实例。
注意:虚拟机只会产生一份字节码,用这份字节码可以产生多个实例对象。也就是说Class对象只会有一个。

也就是说,在运行期间,如果我们要产生某个类的对象或者需要得到某个类的Class对象,JVM会检查该类型的Class对象是否已被加载。如果没有被加载,JVM会根据类的名称找到.class文件并加载它。一旦某个类型的Class对象已被加载到内存,就可以用它来产生该类型的所有对象。

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