Java对象内存图

Java的对象内存图

一、Java内存分配介绍

Java 虚拟机（JVM）在执行 Java 程序时会使用多个内存区域

• 栈：方法运行时所进入的内存，变量也是在这里
• 堆：new出来的东西会在这块内存中开辟空间并产生地址
• 方法区：字节码文件加载时进入的内存（class类、main方法等）
• 本地方法栈
• 寄存器

1. 堆区（Heap）

• 用途：
  • 堆区是 Java 中用于动态分配内存的区域。所有的对象实例和数组都在堆中分配。
• 特点：
  • 堆是共享的，所有线程都可以访问。
  • 垃圾回收器负责自动管理堆内存，回收不再使用的对象。
• 生命周期：
  • 对象在堆中创建时，只有在没有引用指向该对象时，才会被垃圾回收。

2. 栈区（Stack）

• 用途：
  • 栈区用于存储局部变量和方法调用的上下文。
• 特点：
  • 每个线程都有自己的栈，线程之间相互独立。
  • 栈内存采用后进先出（LIFO）原则，方法调用时会将方法的局部变量和参数压入栈中，方法返回时会清除相应的栈帧。
• 生命周期：
  • 局部变量的生命周期与方法调用的生命周期相同，方法结束后，局部变量会被自动释放。

3. 方法区（Method Area）

• 用途：
  • 方法区用于存储类的结构信息，包括类的元数据、常量、静态变量和即时编译（JIT）编译后的代码等。
• 特点：
  • 方法区在 JVM 中是共享的，所有线程都可以访问。
  • 在 HotSpot JVM 中，方法区通常实现为永久代（PermGen）或元空间（Metaspace）。
• 生命周期：
  • 类的元数据在类被加载时创建，类被卸载时释放。

4. 本地方法栈（Native Method Stack）

• 用途：
  • 本地方法栈用于支持 Java 中调用的本地方法（Native Method）。本地方法是用其他语言（如 C 或 C++）编写的，并通过 Java Native Interface (JNI) 调用。
• 特点：
  • 本地方法栈和 Java 栈类似，每个线程都有自己的本地方法栈。
  • 存储本地方法调用的参数、局部变量和返回值。
• 生命周期：
  • 本地方法栈的生命周期与线程相同，当线程结束时，相关的本地方法栈也会被销毁。

5. 寄存器（Registers）

• 用途：
  • 寄存器是 CPU 中的高速存储器，用于存储临时数据和指令。JVM 在执行字节码时，常常会使用寄存器来提高执行效率。
• 特点：
  • 寄存器的数量相对较少，访问速度非常快。
  • JVM 在执行字节码时，将某些运算的结果直接存储在寄存器中，而不是在栈中进行操作。
• 使用：
  • JVM 的具体实现会利用寄存器进行优化，尤其是在进行算术运算和逻辑运算时。

总结：

Java 虚拟机 在执行 Java 程序时，会在这些不同的内存区域中管理内存：

• 堆区：存储对象实例和数组，进行动态内存分配。
• 栈区：存储方法调用的局部变量和参数，支持方法的调用与返回。
• 方法区：存储类的结构信息和静态数据，支持反射和类的加载。
• 本地方法栈：用于支持调用本地方法，存储本地方法的局部变量和参数。
• 寄存器：用于存储临时数据和指令，提高执行效率。

二、一个对象的内存图

示例代码：

public class Student {
    String name;
    int age;
    
    public void study() {
        System.out.println("好好学习");
    }
}

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        Student s= new Student();
        System.out.println(s);
        System.out.println(s.name + "..." + s.age);
        s.name = "阿明";
        s.age = 21;
        System.out.println(s.name + "..." + s.age);
        s.study();
    }
}

一个对象的内存图的虚拟机执行过程：

1. 先在方法区加载TestStudent类的字节码文件，将main方法进行临时存储
2. 此时main方法会被加载到栈里
3. 在方法区加载Student类文件，临时存储
4. Student s——在栈区的main方法中开辟以s命名的内存空间
5. new Student()——在堆区开辟一个空间，并将Student类里面的所有成员变量拷贝过去，并获得所有成员方法的地址
6. 默认初始化、显示初始化、构造方法初始化成员变量
7. 将堆中的地址值赋值给栈区的局部变量s
8. System.out.println(s)——即打印s的地址值
9. 后面的代码根据s的地址对在堆区的成员变量的值进行操作
10. s.study()在调用堆区的方法地址，再找的方法区中进行操作，此时该方法会被加载进栈
11. 进行study方法里的System.out.println("好好学习")操作
12. study方法执行完毕，退出栈区，main方法也执行完毕，退出栈区
13. 堆中的内存地址则没地调用，堆的内容也会被系统回收

三、二个对象的内存图的虚拟机执行过程：

​ 和一个对象的内存图相比，方法区不必再次加载，堆区开辟新的空间即可，且两个空间互不影响

四、两个引用指向同一个对象：

示例代码：

public class Student {
    String name;
    int age;
    
    public void study() {
        System.out.println("好好学习");
    }
}

public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu1= new Student();
        stu1.name = "阿明";
        Student stu2 = stu1;
        stu2.name = "阿珍"
        System.out.println(stu1.name + "..." + stu2.name);
        stu1 = null;
        System.out.println(stu1.name);
        System.out.println(stu2.name);
        stu2 = null;
    }
}

不同在Student stu2 = stu1相当于将stu1保存的堆区new出的地址赋值给stu2,共同操作该堆区的空间，stu1 = null——stu1指向的方法消失，但还可以通过stu2操作，但当stu2 = null时堆区的空间不被调用，则会消失，堆区被清空，栈区的方法也操作完毕，出栈

五、基本数据类型和引用数据类型

​ 在编程中，数据类型通常分为基本数据类型（或原始数据类型）和引用数据类型。

基本数据类型

1. 定义：基本数据类型是语言内置的类型，通常直接表示简单的值。

2. 值存储：基本数据类型的变量直接存储数据的值。

3. 内存分配：在栈内存中分配，存储效率高。

4. 示例：

   • 整数（如 int）
   • 浮点数（如 float, double）
   • 字符（如 char）
   • 布尔值（如 boolean）

引用数据类型

1. 定义：引用数据类型是用户定义的类型，包括对象和数组。

2. 值存储：引用数据类型的变量存储的是对象的引用（地址），而不是对象本身的值。

3. 内存分配：在堆内存中分配，通常占用更多内存。

4. 示例：

   • 类（如 String, ArrayList）
   • 接口
   • 数组（如 int[]）

主要区别总结

• 存储方式：基本数据类型存储值，引用数据类型存储地址。
• 内存管理：基本数据类型在栈中，引用数据类型在堆中。
• 性能：基本数据类型通常更高效，因为它们的内存占用较小。

六、this的内存原理

this的作用:

1. 区分局部变量和成员变量
2. 用于构造函数的重载

public class Example {
    private int value;

    public Example(int value) {
        this.value = value; // 指向当前实例的变量
    }

    public Example() {
        this(5); // 调用带参数的构造函数
    }
}

解释：

• 当你创建一个 Example 对象时，可以使用 new Example(10) 创建一个有参数的实例，this.value 将被赋值为 10。
• 如果使用 new Example()，则会调用无参构造函数，它内部又调用了带参数的构造函数 this(5)，因此 value 将被初始化为 5。

this的本质：

​ 所在方法调用者的地址值，管理调用者的数据

七、成员变量和局部变量的区别

1. 定义

• 成员变量：也称为实例变量，属于类的实例，定义在类的内部但在方法外部。
• 局部变量：定义在方法、构造函数或代码块内部，只在该特定作用域内有效。

2. 作用域

• 成员变量：在整个类中可访问，所有实例方法都可以访问，甚至可以通过对象实例访问。
• 局部变量：仅在定义它们的方法或代码块中有效，超出该作用域后无法访问。

3. 生命周期

• 成员变量：对象创建时分配内存，直到对象被垃圾回收时，成员变量的生命周期持续存在。
• 局部变量：在方法或代码块执行时分配内存，方法执行完毕后被销毁。

4. 默认值

• 成员变量：如果没有显式初始化，成员变量会被默认初始化为其类型的默认值（例如，整型为 0，布尔型为 false，引用类型为 null）。
• 局部变量：必须显式初始化，未初始化的局部变量无法使用，编译器会报错。

5.内存位置不同

• 成员变量：堆内存（对象里面）
• 局部变量：栈内存（方法里面）

6. 访问修饰符

• 成员变量：可以使用访问修饰符（如 public, private, protected) 来控制访问权限。
• 局部变量：没有访问修饰符，仅在其所在的方法内有效。

示例：

public class Example {
    // 成员变量
    private int memberVariable = 10;

    public void method() {
        // 局部变量
        int localVariable = 5;

        System.out.println("Member Variable: " + memberVariable); // 可以访问
        System.out.println("Local Variable: " + localVariable);   // 可以访问
    }

    public void anotherMethod() {
        // System.out.println(localVariable); // 编译错误：局部变量在此不可访问
    }
}

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