Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)

<wbr><wbr></wbr></wbr> 1.1 方法區(qū)： <wbr></wbr>

方法區(qū)是系統(tǒng)分配的一個(gè)內(nèi)存邏輯區(qū)域，是 JVM 在裝載類(lèi)文件時(shí)，用于存儲(chǔ)類(lèi)型信息的 ( 類(lèi)的描述信息 )。

<wbr></wbr>

方法區(qū)存放的信息包括：

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 1.1.1 類(lèi)的基本信息：

1. 每個(gè)類(lèi)的全限定名
2. 每個(gè)類(lèi)的直接超類(lèi)的全限定名 ( 可約束類(lèi)型轉(zhuǎn)換 )
3. 該類(lèi)是類(lèi)還是接口
4. 該類(lèi)型的訪問(wèn)修飾符
5. 直接超接口的全限定名的有序列表

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>1.1.2<strong>已裝載類(lèi)的詳細(xì)信息</strong>：</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

1. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">運(yùn)行時(shí)常量池</span>：</wbr>

   在方法區(qū)中，每個(gè)類(lèi)型都對(duì)應(yīng)一個(gè)常量池，存放該類(lèi)型所用到的所有常量，常量池中存儲(chǔ)了諸如 文字字符串、 final 變量值、類(lèi)名和方法名常量。 它們以數(shù)組形式通過(guò)索引被訪問(wèn)，是外部調(diào)用與類(lèi)聯(lián)系及類(lèi)型對(duì)象化的橋梁。（存的可能是個(gè)普通的字符串，然后經(jīng)過(guò)常量池解析，則變成指向某個(gè)類(lèi)的引用）

2. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">字段信息</span>：</wbr>

   字段信息存放類(lèi)中聲明的每一個(gè)字段的信息，包括字段的名、類(lèi)型、修飾符。

   字段名稱(chēng)指的是類(lèi)或接口的實(shí)例變量或類(lèi)變量，字段的描述符是一個(gè)指示字段的類(lèi)型的字符串，如 private A a=null; 則 a 為字段名， A 為描述符， private 為修飾符

3. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">方法信息</span>：</wbr>

   類(lèi)中聲明的每一個(gè)方法的信息，包括方法名、返回值類(lèi)型、參數(shù)類(lèi)型、修飾符、異常、方法的字節(jié)碼。

   (在編譯的時(shí)候，就已經(jīng)將方法的局部變量、操作數(shù)棧大小等確定并存放在字節(jié)碼中，在裝載的時(shí)候，隨著類(lèi)一起裝入方法區(qū) 。)

   在運(yùn)行時(shí)，JVM從常量池中獲得符號(hào)引用，然后在運(yùn)行時(shí)解析成引用項(xiàng)的實(shí)際地址，最后通過(guò)常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把當(dāng)前類(lèi)或接口中的代碼與其它類(lèi)或接口中的代碼聯(lián)系起來(lái)。

4. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">靜態(tài)變量</span>：</wbr>

   這個(gè)沒(méi)什么好說(shuō)的，就是類(lèi)變量，類(lèi)的所有實(shí)例都共享，我們只需知道，在方法區(qū)有個(gè)靜態(tài)區(qū)，靜態(tài)區(qū)專(zhuān)門(mén)存放靜態(tài)變量和靜態(tài)塊。

5. <wbr></wbr> 到類(lèi) classloader 的引用 ： 到該類(lèi)的類(lèi)裝載器的引用。
6. <wbr></wbr> 到類(lèi) class 的引用 ： 虛擬機(jī)為每一個(gè)被裝載的類(lèi)型創(chuàng)建一個(gè) class 實(shí)例，用來(lái)代表這個(gè)被裝載的類(lèi)。 <wbr></wbr>

<wbr></wbr> <wbr></wbr> 由此我們可以知道反射的基礎(chǔ) ：

<wbr></wbr>

<wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:24px; font-size:14px"><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(0,204,255)"><span style="color:#000000; word-wrap:normal; word-break:normal"><strong>在運(yùn)行時(shí)，JVM從常量池中獲得符號(hào)引用，然后在運(yùn)行時(shí)解析成引用項(xiàng)的實(shí)際地址，最后通過(guò)常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把當(dāng)前類(lèi)或接口中的代碼與其它類(lèi)或接口中的代碼聯(lián)系起來(lái)。</strong></span></span></span></wbr>

<wbr></wbr>

1.2 Java棧

JVM 棧是程序運(yùn)行時(shí)單位，決定了程序如何執(zhí)行，或者說(shuō)數(shù)據(jù)如何處理。

在 Java 中，一個(gè)線程就會(huì)有一個(gè)線程的 JVM 棧與之對(duì)應(yīng)，因?yàn)椴贿^(guò)的線程執(zhí)行邏輯顯然不同，因此都需要一個(gè)獨(dú)立的 JVM 棧來(lái)存放該線程的執(zhí)行邏輯。

對(duì)方法的調(diào)用：

Java 棧內(nèi)存，以 幀 的形式存放 本地方法 的 調(diào)用狀態(tài) ，包括方法調(diào)用的 參數(shù) 、 局部變量、中間結(jié)果 等（方法都是以方法幀的形式存放在方法區(qū)的），每調(diào)用一個(gè)方法就將對(duì)應(yīng)該方法的方法幀壓入 Java 棧，成為當(dāng)前方法幀。當(dāng)調(diào)用結(jié)束 ( 返回 ) 時(shí)，就彈出該幀。

<wbr></wbr>

這意味著：

在方法中定義的一些 基本類(lèi)型 的變量和 引用變量 都在方法的棧內(nèi)存中分配。 當(dāng)在一段代碼塊定義一個(gè)變量時(shí)， Java 就在棧中為這個(gè)變量分配內(nèi)存空間，當(dāng)超過(guò)變量的作用域后（方法執(zhí)行完成后）， Java 會(huì)自動(dòng)釋放掉為該變量所分配的內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間可以立即被另作它用 。 -------- 同時(shí)，因?yàn)樽兞勘会尫牛撟兞繉?duì)應(yīng)的對(duì)象，也就失去了引用，也就變成了可以被gc對(duì)象回收的垃圾。

因此我們可以知道成員變量與局部變量的區(qū)別：

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Java 棧內(nèi)存的組成：
局部變量區(qū)、操作數(shù)棧、幀數(shù)據(jù)區(qū)組成。
（1）：局部變量區(qū)為一個(gè)以字為單位的數(shù)組，每個(gè)數(shù)組元素對(duì)應(yīng)一個(gè)局部變量的值。調(diào)用方法時(shí)，將方法的局部變量組成一個(gè)數(shù)組，通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)。若為非靜態(tài)方法，則加入一個(gè)隱含的引用參數(shù)this,該參數(shù)指向調(diào)用這個(gè)方法的對(duì)象。而靜態(tài)方法則沒(méi)有this參數(shù)。因此，對(duì)象無(wú)法調(diào)用靜態(tài)方法。

<wbr></wbr>

由此，我們可以知道，方法什么時(shí)候設(shè)計(jì)為靜態(tài)，什么時(shí)候?yàn)榉庆o態(tài)？

（2）：操作數(shù)棧也是一個(gè)數(shù)組，但是通過(guò)棧操作來(lái)訪問(wèn)。所謂操作數(shù)是那些被指令操作的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要對(duì)參數(shù)操作時(shí)如a=b+c,就將即將被操作的參數(shù)壓棧，如將b 和c 壓棧，然后由操作指令將它們彈出，并執(zhí)行操作。虛擬機(jī)將操作數(shù)棧作為工作區(qū)。
（3）：幀數(shù)據(jù)區(qū)處理常量池解析，異常處理等

<wbr></wbr>

1.3 java堆<wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr>java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元，存放通過(guò)new關(guān)鍵字新建的</wbr></wbr></wbr> 對(duì)象 和 數(shù)組 ，對(duì)象從中分配內(nèi)存。
<wbr><wbr><wbr>在堆中聲明的對(duì)象，是不能直接訪問(wèn)的，必須通過(guò)在棧中聲明的指向該引用的變量來(lái)調(diào)用。引用變量就相當(dāng)于是為數(shù)組或?qū)ο笃鸬囊粋€(gè)名稱(chēng)，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來(lái)訪問(wèn)堆中的數(shù)組或?qū)ο蟆?lt;/wbr></wbr></wbr>
<wbr><wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> <wbr>由此我們可以知道,引用類(lèi)型變量和對(duì)象的區(qū)別:<wbr></wbr></wbr>

堆與棧的比較 ：
JAVA堆與棧都是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的，那么他們之間到底有什么差異呢？既然棧也能存放數(shù)據(jù)，為什么還要設(shè)計(jì)堆呢？

1. 從存放數(shù)據(jù)的角度:

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 前面我們已經(jīng)說(shuō)明:

<wbr><wbr><wbr>棧中存放的是基本類(lèi)型的變量</wbr></wbr></wbr> or 引用類(lèi)型的變量

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 堆中存放的是對(duì)象 or 數(shù)組對(duì)象.

<wbr><wbr><wbr><wbr>在棧中，引用變量的大小為32位，基本類(lèi)型為1-8個(gè)字節(jié)。</wbr></wbr></wbr></wbr>
<wbr><wbr><wbr><wbr>但是對(duì)象的大小和數(shù)組的大小是動(dòng)態(tài)的，這也決定了堆中數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性，因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，</wbr></wbr></wbr></wbr> 生存期也不必在編譯時(shí)確定， Java 的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。

<wbr></wbr>

2. 從數(shù)據(jù)共享的角度:

<wbr><wbr>1).在單個(gè)線程類(lèi)，棧中的數(shù)據(jù)可共享</wbr></wbr>

<wbr><wbr>例如我們定義：</wbr></wbr>

Java代碼 <wbr><a title="收藏這段代碼" style="text-decoration:underline; color:rgb(106,99,82)"><img alt="收藏代碼" src="http://java-mzd.iteye.com/images/icon_star.png" title="Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)補(bǔ)充" style="margin:0px; padding:0px; border:0px; list-style:none"></a></wbr>

1. int <wbr>a=</wbr> 3 ; <wbr><wbr></wbr></wbr>
2. int <wbr>b=</wbr> 3 ;<wbr><wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> 編譯器先處理int a = 3；首先它會(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量為a 的引用，然后查找棧中是否有3 這個(gè)值，如果沒(méi)找到，就將3 存放進(jìn)來(lái)，然后將a 指向3。接著處理int b = 3；在創(chuàng)建完b 的引用變量后，因?yàn)樵跅Ｖ幸呀?jīng)有3這個(gè)值，便將b 直接指向3。這樣，就出現(xiàn)了a 與b 同時(shí)均指向3的情況。

<wbr><wbr>而如果我們定義：</wbr></wbr> <wbr></wbr>

Java代碼 <wbr><a title="收藏這段代碼" style="text-decoration:underline; color:rgb(106,99,82)"><img alt="收藏代碼" src="http://java-mzd.iteye.com/images/icon_star.png" title="Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)補(bǔ)充" style="margin:0px; padding:0px; border:0px; list-style:none"></a></wbr>

1. Integer<wbr>a=</wbr> new <wbr>Integer(</wbr> 3 ); //(1) <wbr><wbr></wbr></wbr>
2. Integer<wbr>b=</wbr> new <wbr>Integer(</wbr> 3 ); //(2) <wbr><wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> 這個(gè)時(shí)候執(zhí)行過(guò)程為：在執(zhí)行(1)時(shí)，首先在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量a，然后在堆內(nèi)存中實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，并且將變量a指向這個(gè)實(shí)例化的對(duì)象。在執(zhí)行(2)時(shí)，過(guò)程類(lèi)似，此時(shí)，在堆內(nèi)存中，會(huì)有兩個(gè)Integer類(lèi)型的對(duì)象。<wbr></wbr>

<wbr></wbr>

<wbr><wbr>2).<span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)"><strong>在進(jìn)程的各個(gè)線程之間，數(shù)據(jù)的共享通過(guò)堆來(lái)實(shí)現(xiàn)</strong></span></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 例：那么，在多線程開(kāi)發(fā)中，我們的數(shù)據(jù)共享又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

如圖所示，堆中的數(shù)據(jù)是所有線程棧所共享的，我們可以通過(guò)參數(shù)傳遞，將一個(gè)堆中的數(shù)據(jù)傳入各個(gè)棧的工作內(nèi)存中，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程間的數(shù)據(jù)共享

（多個(gè)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)共享則需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸了。）<wbr></wbr>

<wbr></wbr>

3.從程序設(shè)計(jì)的的角度:

從軟件設(shè)計(jì)的角度看，JVM棧代表了處理邏輯，而JVM堆代表了數(shù)據(jù)。這樣分開(kāi)，使得處理邏輯更為清晰。分而治之的思想。這種隔離、模塊化的思想在軟件設(shè)計(jì)的方方面面都有體現(xiàn)。

4.值傳遞和引用傳遞的真相

有了以上關(guān)于棧和堆的種種了解后，我們很容易就可以知道值傳遞和引用傳遞的真相：

從某種意義上來(lái)說(shuō) 對(duì)象都 是由基本類(lèi)型組成的。 <wbr></wbr>

其實(shí)，面向?qū)ο蠓绞降某绦蚺c以前結(jié)構(gòu)化的程序在執(zhí)行上沒(méi)有任何區(qū)別 。

面向?qū)ο蟮囊耄皇? 改變了我們 對(duì)待問(wèn)題的思考方式，而更接近于自然方式的思考。

當(dāng)我們把對(duì)象拆開(kāi)，其實(shí)對(duì)象的屬性就是數(shù)據(jù)，存放在JVM堆中;而對(duì)象的行為(方法)，就是運(yùn)行邏輯，放在JVM棧中。我們?cè)诰帉?xiě)對(duì)象的時(shí)候，其實(shí)即編寫(xiě)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也編寫(xiě)的處理數(shù)據(jù)的邏輯。

Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)補(bǔ)充