一、类的加载
1.什么是类的加载?
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆区创建一个 java.lang.Class
对象,用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的 Class
对象, Class
对象封装了类在方法区内的数据结构,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它,JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它,如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误,类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误(LinkageError错误)如果这个类一直没有被程序主动使用,那么类加载器就不会报告错误。
2.类的生命周期
其中类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中,加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的,而解析阶段则不一定,它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始,这是为了支持Java语言的运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始,而不是按顺序进行或完成,因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的,通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。
3.类的加载器
类加载器可以大致划分为以下三类:
启动类加载器: BootstrapClassLoader
,负责加载存放在 JDK\jre\lib
(JDK代表JDK的安装目录,下同)下,或被 -Xbootclasspath
参数指定的路径中的,并且能被虚拟机识别的类库(如rt.jar,所有的java.开头的类均被 BootstrapClassLoader
加载)。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
扩展类加载器: ExtensionClassLoader
,该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
实现,它负责加载 JDK\jre\lib\ext
目录中,或者由 java.ext.dirs
系统变量指定的路径中的所有类库(如javax.开头的类),开发者可以直接使用扩展类加载器。
应用程序类加载器: ApplicationClassLoader
,该类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader
来实现,它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类,开发者可以直接使用该类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
3.1 JVM类加载机制
- 全盘负责,当一个类加载器负责加载某个Class时,该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入,除非显示使用另外一个类加载器来载入
- 父类委托,先让父类加载器试图加载该类,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
- 缓存机制,缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存,当程序中需要使用某个Class时,类加载器先从缓存区寻找该Class,只有缓存区不存在,系统才会读取该类对应的二进制数据,并将其转换成Class对象,存入缓存区。这就是为什么修改了Class后,必须重启JVM,程序的修改才会生效
3.2 双亲委派模型
双亲委派模型的工作流程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把请求委托给父加载器去完成,依次向上,因此,所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时,即无法完成该加载,子加载器才会尝试自己去加载该类。
双亲委派机制:
- 1、当
AppClassLoader
加载一个class时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader
去完成。 - 2、当
ExtClassLoader
加载一个class时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader```去完成。 - 3、如果
BootStrapClassLoader
加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib
里未查找到该class),会使用ExtClassLoader
来尝试加载; - 4、若ExtClassLoader也加载失败,则会使用
AppClassLoader
来加载,如果AppClassLoader
也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException
。
二、Jvm内存区域
JVM内存结构主要有三大块:堆内存、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块由年轻代和老年代组成,而年轻代内存又被分成三部分,Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配;
方法区存储类信息、常量、静态变量等数据,是线程共享的区域,为与Java堆区分,方法区还有一个别名Non-Heap(非堆);栈又分为java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。 JVM内存结构主要有三大块:堆内存、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块由年轻代和老年代组成,而年轻代内存又被分成三部分,Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配;
方法区存储类信息、常量、静态变量等数据,是线程共享的区域,为与Java堆区分,方法区还有一个别名Non-Heap(非堆);栈又分为java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。
JVM内存结构主要有三大块:堆内存、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块由年轻代和老年代组成,而年轻代内存又被分成三部分,Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配;
方法区存储类信息、常量、静态变量等数据,是线程共享的区域,为与Java堆区分,方法区还有一个别名Non-Heap(非堆);栈又分为java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。
2.1.1 程序计数器
内存空间小,线程私有。字节码解释器工作是就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行指令的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成
如果线程正在执行一个 Java 方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是 Native 方法,这个计数器的值则为 (Undefined)。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
2.1.2 Java 虚拟机栈
线程私有,生命周期和线程一致。描述的是 Java 方法执行的内存模型:每个方法在执行时都会床创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行结束,就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表:存放了编译期可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型)和 returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址)
StackOverflowError:线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。 OutOfMemoryError:如果虚拟机栈可以动态扩展,而扩展时无法申请到足够的内存。
2.1.3 本地方法栈
区别于 Java 虚拟机栈的是,Java 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。也会有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。
2.1.4 Java 堆
对于绝大多数应用来说,这块区域是 JVM 所管理的内存中最大的一块。线程共享,主要是存放对象实例和数组。内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。可以位于物理上不连续的空间,但是逻辑上要连续。
OutOfMemoryError:如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,抛出该异常。
2.1.5 方法区
属于共享内存区域,存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
现在用一张图来介绍每个区域存储的内容。
2.1.6 运行时常量池
属于方法区一部分,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。编译器和运行期(String 的 intern() )都可以将常量放入池中。内存有限,无法申请时抛出 OutOfMemoryError。
2.1.7 直接内存
非虚拟机运行时数据区的部分
在 JDK 1.4 中新加入 NIO (New Input/Output) 类,引入了一种基于通道(Channel)和缓存(Buffer)的 I/O 方式,它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。可以避免在 Java 堆和 Native 堆中来回的数据耗时操作。 OutOfMemoryError:会受到本机内存限制,如果内存区域总和大于物理内存限制从而导致动态扩展时出现该异常。
2.1.8 常见的一些OOM ERRORS
对内存结构清晰的认识同样可以帮助理解不同OutOfMemoryErrors:
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
原因:对象不能被分配到堆内存中
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因:类或者方法不能被加载到老年代。它可能出现在一个程序加载很多类的时候,比如引用了很多第三方的库;
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
原因:创建的数组大于堆内存的空间
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?
原因:分配本地分配失败。JNI、本地库或者Java虚拟机都会从本地堆中分配内存空间。
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>(Native method)
原因:同样是本地方法内存分配失败,只不过是JNI或者本地方法或者Java虚拟机发现