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P.S.

想寫這篇總結(jié)醞釀了有個(gè)來(lái)月了，卻始終感覺(jué)還差點(diǎn)什么東西，一直未敢動(dòng)筆。 ? ? ? ? 最近兩天連夜奮戰(zhàn)， 重新整理下 前面查閱的資料、筆記，還是決定將它寫出來(lái)。 ? ? ? ? 現(xiàn)在提出幾個(gè)問(wèn)題， 如果都能熟練回答的大蝦，請(qǐng)您飄過(guò). 如以往一樣，我是小菜，本文自然也是針對(duì)小菜階層的總結(jié)。

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首先是概念層面的幾個(gè)問(wèn)題：

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• Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)有哪幾種？
  
• Java中為什么要設(shè)計(jì)堆棧分離?
  
• Java多線程中是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的？
  
• Java反射的基礎(chǔ)是什么？

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然后是運(yùn)用層面：

• 引用類型變量和對(duì)象的區(qū)別？
• 什么情況下用局部變量，什么情況下用成員變量？
  
• 數(shù)組如何初始化？聲明一個(gè)數(shù)組的過(guò)程中，如何分配內(nèi)存？
  
• 聲明基本類型數(shù)組和聲明引用類型的數(shù)組，初始化時(shí)，內(nèi)存分配機(jī)制有什么區(qū)？
  
• 在什么情況下，我們的方法設(shè)計(jì)為靜態(tài)化，為什么？（上次胡老師問(wèn)文奇，問(wèn)的啞口無(wú)言，當(dāng)時(shí)想回答，卻老感覺(jué)表述不清楚，這里也簡(jiǎn)單說(shuō)明一下）

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好了，問(wèn)題提完了， 如果您都能一眼看出答案，那么，沒(méi)有必要再浪費(fèi)您寶貴的時(shí)間看下去了 。

如果您還不太明白，請(qǐng)跟隨我一路走下去。

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Java中運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)

? ? 1.1 方法區(qū)： ?

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

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方法區(qū)存放的信息包括：

? ? ? ? ? ? 1.1.1 類的基本信息：

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

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? ? ? ? ? ? ?1.1.2 已裝載類的詳細(xì)信息 ：

1. ? 運(yùn)行時(shí)常量池 ：

   在方法區(qū)中，每個(gè)類型都對(duì)應(yīng)一個(gè)常量池，存放該類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)用與類聯(lián)系及類型對(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)類的引用）

2. ? 字段信息 ：

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

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

3. ? 方法信息 ：

   類中聲明的每一個(gè)方法的信息，包括方法名、返回值類型、參數(shù)類型、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)前類或接口中的代碼與其它類或接口中的代碼聯(lián)系起來(lái)。

4. ? 靜態(tài)變量 ：

   這個(gè)沒(méi)什么好說(shuō)的，就是類變量，類的所有實(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)專門存放靜態(tài)變量和靜態(tài)塊。

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

? ? 由此我們可以知道反射的基礎(chǔ) ：

在裝載類的時(shí)候，加入方法區(qū)中的所有信息，最后都會(huì)形成Class類的實(shí)例，代表這個(gè)被裝載的類。方法區(qū)中的所有的信息，都是可以通過(guò)這個(gè)Class類對(duì)象反射得 到。 我們知道對(duì)象是類的實(shí)例，類是相同結(jié)構(gòu)的對(duì)象的一種抽象。同類的各個(gè)對(duì)象之間，其實(shí)是擁有相同的結(jié)構(gòu)（屬性），擁有相同的功能（方法）， 各個(gè)對(duì)象的區(qū)別只在于屬性值的不同 。 ? ? 同樣的，我們所有的類，其實(shí)都是Class類的實(shí)例，他們都擁有相同的結(jié)構(gòu)-----Field數(shù)組、Method數(shù)組。而各個(gè)類中的屬性都是Field屬性的一個(gè)具體屬性值，方法都是Method屬性的一個(gè)具體屬性值。

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? 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)前類或接口中的代碼與其它類或接口中的代碼聯(lián)系起來(lái)。

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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。

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這意味著：

在方法中定義的一些 基本類型 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：

局部變量，在方法內(nèi)部聲明，當(dāng)該方法運(yùn)行完時(shí)，內(nèi)存即被釋放。 成員變量，只要該對(duì)象還在，哪怕某一個(gè)方法運(yùn)行完了，還是存在。 從系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，聲明局部變量有利于內(nèi)存空間的更高效利用（方法運(yùn)行完即回收）。 成員變量可用于各個(gè)方法間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

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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。

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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)？

前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例，各個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)相同，只是屬性不同。 而靜態(tài)方法是對(duì)象無(wú)法調(diào)用的。 所以，靜態(tài)方法適合那些工具類中的工具方法，這些類只是用來(lái)實(shí)現(xiàn)一些功能，也不需要產(chǎn)生對(duì)象，通過(guò)設(shè)置對(duì)象的屬性來(lái)得到各個(gè)不同的個(gè)體。

（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

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1.3 java堆?

? ? ? 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 對(duì)象 和 數(shù)組 ，對(duì)象從中分配內(nèi)存。
? ? ? 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，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?
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? ? ?由此我們可以知道,引用類型變量和對(duì)象的區(qū)別:?

聲明的對(duì)象是在堆內(nèi)存中初始化的， 真正用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。不能直接訪問(wèn)。 引用類型變量是保存在棧當(dāng)中的，一個(gè)用來(lái)引用堆中對(duì)象的符號(hào)而已（指針）。

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:

? ? ?? 前面我們已經(jīng)說(shuō)明:

? ? ? 棧中存放的是基本類型的變量 or 引用類型的變量

? ? ? ? 堆中存放的是對(duì)象 or 數(shù)組對(duì)象.

? ? ? ?在棧中，引用變量的大小為32位，基本類型為1-8個(gè)字節(jié)。
? ? ? ?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， 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)。

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2. 從數(shù)據(jù)共享的角度 :

? ? 1).在單個(gè)線程類，棧中的數(shù)據(jù)可共享

? ? 例如我們定義：

       int a=3;
 int b=3;
    

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? ? 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。

? ? 而如果我們定義： ?

      Integer a=new Integer(3);//(1)
Integer b=new Integer(3);//(2)
    

? ? 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)程類似，此時(shí)，在堆內(nèi)存中，會(huì)有兩個(gè)Integer類型的對(duì)象。?

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? ? 2). 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)

? ? ? ? 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？

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? 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。）?

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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：

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1.程序運(yùn)行永遠(yuǎn)都是在JVM棧中進(jìn)行的，因而參數(shù)傳遞時(shí)，只存在傳遞基本類型和對(duì)象引用的問(wèn)題。不會(huì)直接傳對(duì)象本身。 但是傳引用的錯(cuò)覺(jué)是如何造成的呢? 在運(yùn)行JVM棧中，基本類型和引用的處理是一樣的，都是傳值，所以，如果是傳引用的方法調(diào)用，也同時(shí)可以理解為“傳引用值”的傳值調(diào)用，即引用的處理跟基本類型是完全一樣的。 但是當(dāng)進(jìn)入被調(diào)用方法時(shí)，被傳遞的這個(gè)引用的值，被程序解釋(或者查找)到JVM堆中的對(duì)象，這個(gè)時(shí)候才對(duì)應(yīng)到真正的對(duì)象。 如果此時(shí)進(jìn)行修改，修改的是引用對(duì)應(yīng)的對(duì)象，而不是引用本身，即：修改的是JVM堆中的數(shù)據(jù)。所以這個(gè)修改是可以保持的了。

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最后：

從某種意義上來(lái)說(shuō) 對(duì)象都 是由基本類型組成的。 ?

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可以把一個(gè)對(duì)象看作為一棵樹(shù)，對(duì)象的屬性如果還是對(duì)象，則還是一顆樹(shù)(即非葉子節(jié)點(diǎn))，基本類型則為樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)。程序參數(shù)傳遞時(shí)，被傳遞的值本身都是不能進(jìn)行修改的，但是，如果這個(gè)值是一個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)(即一個(gè)對(duì)象引用)，則可以修改這個(gè)節(jié)點(diǎn)下面的所有內(nèi)容。?

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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)诰帉憣?duì)象的時(shí)候，其實(shí)即編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也編寫的處理數(shù)據(jù)的邏輯。?

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P.S

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關(guān)于數(shù)組的內(nèi)存分配，對(duì)象初始化的內(nèi)存分配等問(wèn)題，由于篇幅問(wèn)題，下次再搞個(gè)專題寫吧。 ?連續(xù)幾天幾夜對(duì)著此文了。想吐的很，先到這里吧。