杂七杂八的总结---Java基础知识（二）

目录

反射

垃圾回收机制常见算法

搜索算法

回收算法：

JVM内存结构和内存分配

java内存模型

java内存分配

堆和栈区别

引用类型有哪些

强引用

软引用

弱引用

虚引用

类加载器

类加载器的种类

类什么时候被初始化

类初始化的步骤

JVM加载class

如何获取一个类对象

GC机制

为什么有GC

GC回收哪些内存

什么时候回收垃圾

有GC机制为什么还会有内存泄漏

内存溢出

原因

解决方案

String str = "abc"

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反射

对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。

步骤：先获取要反射类的字节码-----1.Class.forName(className) 2.类名.class 3.this.getClass()

           将字节码中的方法，变量，构造函数等映射成相应的 Method、Filed、Constructor 等类

垃圾回收机制常见算法

搜索算法

回收对象前首先必须发现那些无用的对象，常见搜索算法如下：

        引用计数器算法（已废弃）：给对象设置计数器，被引用时加一，引用失效减一，为0时判定为垃圾。

        根搜索算法：通过一些“GC Roots”对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索通过的路径成为引用链（Reference Chain），当一个对象没有被 GC Roots 的引用链连接的时候，说明这个对象是不可用的。

回收算法：

        标记-清除算法（Mark-Sweep）（DVM 使用的算法）：标记阶段确定要回收的对象并做标记，清除阶段紧随标记阶段，将标记阶段确定不可用的对象清除。

        复制算法（Copying）：把内存分成大小相等的两块，每次使用其中一块，当垃圾回收的时候，把存活的对象复制到另一块上，然后把这块内存整个清理掉。

        标记-整理算法（Mark-Compact）：当垃圾回收的时候，把存活对象往内存的一端移动，然后直接回收边界以外的内存

        分代收集（Generational Collection）：根据对象的存活时间把内存分为新生代和老年代，根据各代对象的存活特点，每个代采用不同的垃圾回收算法。新生代采用复制算法，老年代采用标记—整理算法。

JVM内存结构和内存分配

java内存模型

内存分为方法区、java栈和java堆

1、方法区是静态分配的，编译器将变量绑定在某个存储位置上，而且这些绑定不会在运行时改变。常数池，源代码中的命名常量、 String 常量和 static 变量保存在方法区。

2、栈：后进先出。一个栈的空间可能是连续的，也可能是不连续的。保存基本数据类型和对象的引用。

3、堆：以随意的顺序，在运行时进行存储空间分配和收回的内存管理模型。java对象内存总是在堆中分配的。

java内存分配

1、基础数据类型直接在栈空间分配

2、方法的形式参数，直接在栈空间分配，当方法调用完成后从栈空间回收

3、引用数据类型，需要用 new 来创建，既在栈空间分配一个地址空间，又在堆空间分配对象的类变量

4、方法的引用参数，在栈空间分配一个地址空间，并指向堆空间的对象区，当方法调用完后从栈空间回收

5、局部变量 new 出来时，在栈空间和堆空间中分配空间，当局部变量生命周期结束后，栈空间立刻被回收，堆
空间区域等待 GC 回收

6、方法调用时传入的实际参数，先在栈空间分配，在方法调用完成后从栈空间释放

7、字符串常量在 DATA 区域分配 ， this 在堆空间分配

8、数组既在栈空间分配数组名称， 又在堆空间分配数组实际的大小

堆和栈区别

栈：1、申请方式：系统自动分配。   

        2、申请后的响应：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。 

        3、申请大小限制：栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。栈的容量是系统预先规定好的，申请空间不能超过栈的剩余空间，因此，能从栈获得的空间较小。

        4、申请效率：系统自动分配，速度较快

        5、存储内容：函数调用时，第一个进栈的是函数调用语句的下一条可执行语句的地址，然后是函数的各个参数，然后是函数中的局部变量。静态变量是不入栈的。本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

        6、数据结构层面：先进后出的数据结构
 

堆：1、手动申请并指明大小。 

        2、 申请后的响应：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链。     

        3、申请大小限制：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

        4、申请效率：new 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便

        5、存储内容：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排

        6、数据结构层面：满足优先队列的数据结构

堆栈都是java用来在随机存取存储器（RAM）存放数据的地方。

栈存取速度快，缺乏灵活性，数据可共享。堆存取速度慢，可动态分配内存。

引用类型有哪些

对象的引用分为四种级别，这四种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用

对象位于head中，heap 中对象有强可及对象、软可及对象、弱可及对象、虚可及对象和不可到达对象。应用的强弱顺序是强、软、弱、和虚。

强引用

最普遍的引用，一个对象拥有强引用，那么垃圾回收器绝不会回收它。----所以强可及对象是全局变量时需要在确定不使用它时赋值为null，不然不能回收。

 public static void main(String[] args) {
        String abc = new String("abc");           //强引用  abc是强对象
        SoftReference softAbc = new SoftReference<>(abc); //软引用
        WeakReference weakAbc = new WeakReference<>(abc); //弱引用
        //此时abc有三个引用，仍然是强可及对象
        abc = null;         //强可及对象变为软可及对象
        softAbc.clear();     //变为弱可及对象
}

软引用

如果一个对象只具有软引用，那么如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。-----内存不足才会清理。

软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收， Java 虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

弱引用

一个对象只具有弱引用，那该类就是可有可无的对象，只要该对象被 gc 扫描到了随时都会把它干掉，生命周期更短。------不管内存是否够，扫描到就清除。

可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收， Java 虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

虚引用

如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃
圾回收的活动。

虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。如果虚引用所引用的对象被垃圾回收， Java 虚拟机就会把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

类加载器

类加载器的种类

1、根类加载器     C++写的 ，看不到源码

2、扩展类加载器     加载位置 ： jre\lib\ext 中

3、系统(应用)类加载器(System\App)     加载位置 ： classpath 中

4、自定义加载器(必须继承 ClassLoader)

类什么时候被初始化

1、创建类的实例，也就是 new 一个对象

2、访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

3、调用类的静态方法

4、反射（Class.forName("com.lyj.load")）

5、初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

6、JVM 启动时标明的启动类，即文件名和类名相同的那个类

类初始化的步骤

1、如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接

2、假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接父类（不适用于接口）

3、假如类中存在初始化语句（如 static 变量和 static 块），那就依次执行这些初始化语句

JVM加载class

JVM 中类的装载是由类加载器（ClassLoader）和它的子类来实现的，类加载器负责在运行时查找和装入类文件中的类。

当 Java 程序需要使用某个类时,JVM 会确保这个类已经被加载、连接（验证、准备和解析）和初始化。类的加载是指把类的.class文件中的数据读入到内存中，通常是创建一个字节数组读入.class 文件，然后产生与所加载类对应的 Class 对象。加载完成后， Class 对象还不完整，所以此时的类还不可用。当类被加载后就进入连接阶段，这一阶段包括验证、准备（为静态变量分配内存并设置默认的初始值）和解析（将符号引用替换为直接引用）三个步骤。最后 JVM 对类进行初始化。

如何获取一个类对象

1、类型.class        String.class

2、对象.getClass()       "abc".getClass()

3、Class.forName()，例如： Class.forName(“java.lang.String” )

GC机制

为什么有GC

安全性考虑

减少内存泄漏

减少程序员工作量

GC回收哪些内存

内存运行时 JVM 会有一个运行时数据区来管理内存。它主要包括 5 大部分：程序计数器(Program CounterRegister)、虚拟机栈(VM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)、方法区(Method Area)、堆(Heap).

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是每个线程私有的内存空间，随线程而生，随线程而亡，无需考虑内存回收的问题。

GC 主要进行回收的内存是 JVM 中的方法区和堆。

什么时候回收垃圾

见上文垃圾回收机制常见算法。

总而言之，对于堆中的对象，主要用可达性分析判断一个对象是否还存在引用，如果该对象没有任何引用就应该被回收。

对于方法区中的常量和类，当一个常量没有任何对象引用它，它就可以被回收了。而对于类，如果可以判定它为无用类，就可以被回收了。

有GC机制为什么还会有内存泄漏

理论上 Java 因为有垃圾回收机制（GC）不会存在内存泄露问题，但实际开发中，可能会存在无用但可达的对象，这些对象不能被 GC 回收，因此也会导致内存泄露的发生。

内存溢出

原因

1、内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；--------尽量分页查询数据库

2、集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得 JVM 不能回收；

3、代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；

4、使用的第三方软件中的 BUG；

5、启动参数内存值设定的过小；

解决方案

1、修改 JVM 启动参数，直接增加内存

2、检查错误日志，查看“OutOfMemory”错误前是否有其它异常或错误

3、对代码进行走查和分析，找出可能发生内存溢出的位置

String str = "abc"

1、先定义一个名为 str 的对 String 类的对象引用变量： String str;

2、在栈中查找有没有存放值为"abc"的地址，如果没有，则开辟一个存放字面值为"abc"的地址，接着创建一个新的 String 类的对象 o，并将 o 的字符串值指向这个地址，而且在栈中这个地址旁边记下这个引用的对象 o。如果已经有了值为"abc"的地址，则查找对象 o，并返回 o 的地址。

3、将 str 指向对象 o 的地址。

即：创建了一个指向 String 类的对象的引用变量 str，这个对象引用变量指向了某个值为"abc"的 String 类