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JVM垃圾回收机制总结(1) :一些概念

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全文转载:http://pengjiaheng.iteye.com/blog/518623

作者:和你在一起 [from JavaEye] 

 

数据类型

    Java虚拟机中,数据类型可以分为两类:基本类型 引用类型 。基本类型的变量保存原始值,即:他代表的值就是数值本身;而引用类型的变量保存引用值。“引用值”代表了某个对象的引用,而不是对象本身,对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。

基本类型包括:byte,short,int,long,char,float,double,Boolean,returnAddress

引用类型包括:类类型 接口类型 数组 

堆与栈

堆和栈是程序运行的关键,很有必要把他们的关系说清楚。

 

   

 

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位 

 

      栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据;堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。

      在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应,这点很容易理解,因为不同的线程执行逻辑有所不同,因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享 的。栈因为是运行单位,因此里面存储的信息都是跟当前线程(或程序)相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等;而堆只负责存储对象信息。

为什么要把堆和栈区分出来呢?栈中不是也可以存储数据吗 

      第一,从软件设计的角度看,栈代表了处理逻辑 ,而堆代表了数据 。这样分开,使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想 。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。

      第二,堆与栈的分离,使得堆中的内容可以被多个栈共享 (也可以理解为多个线程访问同一个对象)。这种共享的收益是很多的。一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如:共享内存),另一方面,堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问,节省了空间。

      第三,栈因为运行时的需要,比如保存系统运行的上下文,需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长,因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同,堆中的对象是可以根据需要动态增长的,因此栈和堆的拆分,使得动态增长成为可能 ,相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。

      第四,面向对象就是堆和栈的完美结合 。其实, 面向对象方式的程序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。但是,面向对象的引入,使得对待问题的思考方式发生了改变,而更接近于自然方式的思考。当我 们把对象拆开,你会发现,对象的属性其实就是数据,存放在堆中;而对象的行为(方法),就是运行逻辑,放在栈中。我们在编写对象的时候,其实即编写了数据 结构,也编写的处理数据的逻辑。不得不承认,面向对象的设计,确实很美。

在Java中,Main函数就是栈的起始点,也是程序的起始点 

      程序要运行总是有一个起点的。同C语言一样,java中的Main就是那个起点。无论什么java程序,找到main就找到了程序执行的入口:)

堆中存什么?栈中存什么 

      堆中存的是对象 。栈中存的是基本数据类型 堆中对象的引用 。一个对象的大小是不可估计的,或者说是可以动态变化的,但是在栈中,一个对象只对应了一个4btye的引用(堆栈分离的好处:))。

    为什么不把基本类型放堆中呢?因为其占用的空间一般是1~8个字节——需要空间比较少,而且因为是基本类型,所以不会出现动态增长的情况——长度固定,因 此栈中存储就够了,如果把他存在堆中是没有什么意义的(还会浪费空间,后面说明)。可以这么说,基本类型和对象的引用都是存放在栈中,而且都是几个字节的 一个数,因此在程序运行时,他们的处理方式是统一的。但是基本类型、对象引用和对象本身就有所区别了,因为一个是栈中的数据一个是堆中的数据。最常见的一 个问题就是,Java中参数传递时的问题。

Java中的参数传递时传值呢?还是传引用 

要说明这个问题,先要明确两点:

      1. 不要试图与C进行类比,Java中没有指针的概念

     2. 程序运行永远都是在栈中进行的,因而参数传递时,只存在传递基本类型和对象引用的问题 。不会直接传对象本身。

      明确以上两点后。Java在方法调用传递参数时,因为没有指针,所以它都是进行传值调用 。因此,很多书里面都说Java是进行传值调用,这点没有问题,而且也简化的C中复杂性。

     但是传引用的错觉是如何造成的呢? 在运行栈中,基本类型和引用的处理是一样的,都是传值 , 所以,如果是传引用的方法调用,也同时可以理解为“传引用值”的传值调用,即引用的处理跟基本类型是完全一样的。但是当进入被调用方法时,被传递的这个引 用的值,被程序解释(或者查找)到堆中的对象,这个时候才对应到真正的对象。如果此时进行修改,修改的是引用对应的对象,而不是引用本身,即:修改的是堆 中的数据。所以这个修改是可以保持的了。(对这一问题的深入探讨可以参见我的博客:《【解惑】Java方法参数是引用调用还是值调用?》)

      对象,从某种意义上说,是由基本类型组成的。可以把一个对象看作为一棵树,对象的属性如果还是对象,则还是一颗树(即非叶子节点),基本类型则为树的叶子节点 。程序参数传递时,被传递的值本身都是不能进行修改的,但是,如果这个值是一个非叶子节点(即一个对象引用),则可以修改这个节点下面的所有内容。

 

      堆和栈中,栈是程序运行最根本的东西。程序运行可以没有堆,但是不能没有栈。而堆是为栈进行数据存储服务,说白了堆就是一块共享的内存。不过,正是因为堆和栈的分离的思想,才使得Java的垃圾回收成为可能。

      Java中,栈的大小通过-Xss来设置,当栈中存储数据比较多时,需要适当调大这个值,否则会出现java.lang.StackOverflowError异常。常见的出现这个异常的是无法返回的递归,因为此时栈中保存的信息都是方法返回的记录点。

 

Java对象的大小

    基本数据的类型的大小是固定的,这里就不多说了。对于非基本类型的Java对象,其大小就值得商榷。

    在Java中,一个空Object对象的大小是8byte ,这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。看下面语句:

Object ob = new Object();

    这样在程序中完成了一个Java对象的生命,但是它所占的空间为:4byte+8byte 。4byte是上面部分所说的Java栈中保存引用的所需要的空间。而那8byte则是Java堆中对象的信息。因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象,因此不论什么样的Java对象,其大小都必须是大于8byte。

   有了Object对象的大小,我们就可以计算其他对象的大小了。

Class NewObject {

    int count;

    boolean flag;

    Object ob;

}

    其大小为:空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小 (4byte)=17byte。但是因为Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分,因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24,因此此对象 的大小为24byte。

    这里需要注意一下基本类型的包装类型的大小 。因为这种包装类型已经成为对象了,因此需要把他们作为对象来看待。包装类型的大小至少是12byte(声明一个空Object至少需要的空间),而且12byte没有包含任何有效信息,同时,因为Java对象大小是8的整数倍,因此一个基本类型包装类的大小至少是16byte 。这个内存占用是很恐怖的,它是使用基本类型的N倍(N>2),有些类型的内存占用更是夸张(随便想下就知道了)。 因此,可能的话应尽量少使用包装类。在JDK5.0以后,因为加入了自动类型装换,因此,Java虚拟机会在存储方面进行相应的优化。

引用类型

    对象引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用 

 

强引用: 就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用,强引用环境下,垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用,如果被强引用,则不会被垃圾回收

 

软引用: 软引用一 般被做为缓存来使用。与强引用的区别是,软引用在垃圾回收时,虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张,则虚拟 机会回收软引用所引用的空间;如果剩余内存相对富裕,则不会进行回收。换句话说,虚拟机在发生OutOfMemory时,肯定是没有软引用存在的。

 

弱引用: 弱引用与软引用类似,都是作为缓存来使用。但与软引用不同,弱引用在进行垃圾回收时,是一定会被回收掉的,因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。

 

      强引用不用说,我们系统一般在使用时都是用的强引用。而“软引用”和“弱引用”比较少见。他们一般被作为缓存使用,而且一般是在内存大小比较受限的情况下 做为缓存。因为如果内存足够大的话,可以直接使用强引用作为缓存即可,同时可控性更高。因而,他们常见的是被使用在桌面应用系统的缓存。

 

      另外,JDK中有一个类WeakHashMap。 如果大家有使用过这个类的经验的话,会对软引用和弱引用的缓存作用有一定的理解。

 

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