Java基础复习笔记01数组，内存形式，父子，内存控制

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Java JVM 数据结构 ITeye J#

1. 前言

写这基础复习系列是觉得工作中自己的基础太差了，很多东西都没想透彻，没研究明白。看了《Java基础16课》总结出其中的一些知识点，用于以后自己复习用，以前的一些知识盲点也明白了。当然，基础这东西很难说，什么是基础？有人认为将Java的SDK源码中重要的类研究一遍，并且能按其规范（接口）实现了自己的类才算是真正掌握了基础。其实一点都没错，只有通过去看微观的实现，才能提升自己的认识。

2. 数组在内存中的存储状态

先看看数组，数组咱们平时经常用，从用法来看，数组相当于普通变量，只不过它可以状态多个相同类的多个对象容器而已。在内存中，数组向内存申请的空间是一段连续的物理空间。

public class ArrayTest {
	public static void main(String[] args) {
		String[] array = new String[] { "1", "2", "3" };
		for (String str : array) {
			System.out.println(str.hashCode());
		}
	}
}

这3个字符串实际上占用的是一段连续的内存空间地址。需要说明的一点就是数组是引用型变量，数组中的元素仅仅是指向内存地址的指针，而指针指向的目的地才是实际的数据对象。内存中的情况如下：

所谓的数组声明，实际上就是按照指定长度，为数组在内存开辟了一段连续的空间，如果不是Java基本原型数据则附给这些内存空间的指针与默认初始地址null，如果是原型数据，则这些空间不再是指针，而是实实在在的原型值（例如int是0）。

而实际上多维数组的实现也是基于上面一维数组实现的，所以二维数组在我们来看，逻辑上可以当成矩阵，而在实实在在物理内存上则是如下：

例如

public static void main(String[] args) {
		String[][] str2 = new String[3][4];
		for (int i = 0; i < str2.length; i++) {
			int numOuter = i + 1;
			System.out.println("外层执行了" + numOuter + "次");
			for (int j = 0; j < str2[i].length; j++) {
				int numIuter = j + 1;
				System.out.println("内层执行了" + numIuter + "次");
				str2[i][j] = "素" + i + j;
			}
		}

		for (String[] strArray1 : str2) {
			for (String str : strArray1) {
				System.out.print(str + " ");
			}
			System.out.println();
		}
	}

看似二维数组存储的元素是这样的矩阵形式

素00 素01 素02 素03 
素10 素11 素12 素13 
素20 素21 素22 素23

实际上这个二维数组的分配如下图

再复杂的三维数组、多维数组同样以此类推，呈现出一个倒树结构，以根扩展，叶子节点才是真正存储数据（原型）或者是真正指向应用数据对象的指针（复杂对象）。

3. 对象的产生

对象的产生和JVM的运行机制息息相关，我们使用一个对象为我们服务实际上归根结底最后都是得用new出来的对象为我们所用，而这个对象是通过类对象产生的，这就是Java思想中的万事万物接对象的概念。首先得有一个模板对象，这个模板对象就是类对象，每一个new出来的实例对象实际上都是由这个模板对象而产生出来的，所以我们定义类的时候如果具有类变量，那么所有因它而创建的实例对象中的static变量都会因为类变量的改变而改变。因为static本身就是类对象所拥有的，模板都变了，你实例对象中的相关变量当然要变喽。

无论是通过哪个实例对象去访问类变量，底层都是用类对象直接访问该类变量，所以大家使用static变量时得出来的值都是一样的。

还要说明的一点就是final变量，如果在编译时就能确定该变量的值，则此值在程序运行时不再是个变量，而是一个定值常量。至于实例变量的初始化时机以及JVM的一些初始化内幕，请参考blog：http://suhuanzheng7784877.iteye.com/blog/964784。

4. 父子对象

使用Java不可能不使用继承机制，现在来看看new一个子类的时候是如何初始化父类的。假如有如下的类结构

所有类如果不指定父类那么就都是Object的子类，如果指定了父类，则间接地会继承Object的，可能是它的孙子，也可能是它的曾孙子，也可能是它的孙子的孙子。如下例

class Parent{
	static{
		System.out.println("老子的静态块");
	}
	{
		System.out.println("老子的非静态块");
	}
	public Parent(){
		System.out.println("老子的无参构造函数");
	}
}

class Sub extends Parent{
	static{
		System.out.println("儿子的静态块");
	}
	{
		System.out.println("儿子的非静态块");
	}
	public Sub(){
		System.out.println("儿子的无参构造函数");
	}
}

public class ParSubTest {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		new Sub();
	}
}

执行之后的结果是

老子的静态块
儿子的静态块
老子的非静态块
老子的无参构造函数
儿子的非静态块
儿子的无参构造函数

由此可以得出结论：

0.静态代码块总会在实例对象创建之前执行，因为它是属于类对象级别的代码块，JVM先在内存中分配好了类对象的空间，执行完静态块后再去理会实例对象作用域的东西。

1.总是执行父类的非静态块

2.隐式调用父类的无参构造函数，或者现实调用父类的有参构造函数

3.执行子类的非静态块

4.根据程序需要（就是new后面的构造器函数）调用子类的构造函数

下面来看看一个不太规范的父子程序引发的问题。

package se01;

class Par1 {

	private int num = 20;

	public Par1() {
		System.out.println("par-num:" + num);
		this.display();
	}

	public void display() {
		System.out.println("num:" + num + "   class:"
				+ this.getClass().getName());
	}

}

class Sub1 extends Par1 {
	private int num = 40;

	public Sub1() {
		num = 4000;
	}

	public void display() {
		System.out.println("sub-num:" + num + "   class:"
				+ this.getClass().getName());
	}
}

public class ParSubErrorTest {

	public static void main(String[] args) {
		new Sub1();
	}
}

当然，一般在实际项目开发中也不会这么写代码，不过这代码给咱们的启示是揭示了JVM的一些内幕。执行结果是

par-num:20
sub-num:0   class:se01.Sub1

就像刚刚得出的5条结论一样，在new Sub1();的时候先要对父类进行构造函数的调用，而父类的构造函数又调用了方法display(),这个时候问题就出现了，父类究竟调用的是谁的构造方法？是父类自己的，还是子类重写的？结论很简单了，就是子类若重写了该方法，那么直接调用子类的重写方法，如果没有重写该方法，那么直接由父类对象直接调用自己的方法即可。由上面程序可以看出子类重写了该display()方法，那么在调用子类的构造函数之前是先调用了父类的无参构造函数，之后在父类无参构造函数中调用了子类重写后的display()方法，而此时，子类对象还没实例化完毕呢，仅仅在内存中分配了相应的空间而已，实例变量仅仅有系统默认值而已，并没有完成赋值的过程，所以，此时子类的实例变量num是默认值0，导致调用子类方法时显示num也是0。而父类的实例变量当然此时已经初始化完毕了，实例对象也有了，自然它的num是赋予初始值后的20喽。

而这程序的问题，或者说不规范的地方在哪里呢？就是它将构造函数用于了其他用途，构造函数实际上就是为了初始化数据用的，而不是用于调用其他方法用的，此程序在构造函数中调用了自己声明的一个public方法，无异于扭曲了构造函数本身的作用，虽然说这么写编译器不会报错，但是无异于给继承机制带来了隐患。

5. 继承机制在处理成员变量和方法时的区别

package se01;

class Parent2 {
	int a = 1;
	public void test01() {
		System.out.println(a);
	}
}

class Sub2 extends Parent2 {
	int a = 2;
	public void test01() {
		System.out.println(a);
	}
}

public class ParSubPMTest {

	public static void main(String[] args) {
		Parent2 sub2 = new Sub2();
		Sub2 sub3 = (Sub2)sub2;
		System.out.println(sub2.a);
		sub2.test01();
		System.out.println(sub3.a);
		sub3.test01();
	}
}

输出结果是

也就是说通过直接访问实例变量的时候是显示父类特性的，当使用方法的时候则显示运行时特性。实际上父子关系在内存中存储是这样的

就是说实例对象虽然都是同一个，但是这个实例实际上既存储了自己的变量，也存储了父类的变量，当使用父类声明的对象访问变量时呈现父亲的变量值，使用子类的对象直接访问变量时呈现子类的值。也就是说当我们初始化一个子类对象时，会将它所有的父类（这里是单继承的意思，所有的父类就是说父亲、爷爷、曾祖、曾曾祖父……）的实例变量分配内存空间。如果子类定义的实例变量与父类同名，那么会隐藏父类的变量，并不是完全覆盖，通过父类.变量依然能够获得父类的实例变量。

6. Java内存管理技巧

1：尽量使用直接量，而尽量不要用new的方式建立这些对象，比如

String string = "1";
Long longlong = 1L;
Byte bytebyte = 1;
Short shortshort = 1;
Integer integer = 22;
Float floatfloat = 2.2F;
Double doubledouble = 0.333333;
Boolean booleanboolean = false;
Character character = 'm';

2：尽量使用StringBuffer和StringBuilder来进行字符串的的链接和使用，这个就不用解释了吧，很常用，尤其是拼接SQL的时候。

3：养成习惯，尽早释放无用对象

例如如下程序：

public void test(){
		StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
		
		stringBuilder = null;
		//很消耗时间………………………………
	}

在很消耗时间的程序执行前将变量就尽量释放掉，让JVM垃圾回收期去回收去。

4：不到万不得以，不要轻易使用static变量，虽然static变量很常用，不过这个类变量会常驻内存，从对象复用的角度讲，倒是省了资源了，但是如果不是经常复用的对象而声明了static变量就会常驻内存，只要程序还在运行就永不会回收。

5：避免创建重复对象变量

		for(int i=0;i<10;i++){
			Use use = new Use();
		}

如上代码创建了很多个临时对象变量use，实际上可以改进成

		Use use = null;
		for(int i=0;i<10;i++){
			use = new Use();
			use = null;
		}

6：尽量不要自己使用对象的finalize方法

不到万不得以，千万不要在此方法中进行变量回收等等操作。

7：如果运行时环境要求空间资源很严格，那么可以考虑使用软引用SoftReference对象进行引用。当内存不够时，它会牺牲自己，释放软引用对象。软引用对象适用于比较瞬时的处理程序，处理完了就完了，内存不够会先将此对象控件腾出来而不回内存溢出的报错误。（关于垃圾回收和对象各种方式的引用会在之后学习笔记中体现）

7. 总结

主要复习了数组的内存形式、父子对象的一些调用陷阱、父子关系在内存中的形式、内存的使用技巧。