18、方法区与垃圾回收机制

目录

一.方法区

1.1.从哪里读class文件？

1.2.类型信息有哪些？

1.3.方法区中存储的类型信息与堆栈有何关系？

1.3.1.类加载阶段：

1.3.2.对象创建阶段：

1.3.3.方法调用阶段：

1.3.4.方法执行阶段：

1.3.5.方法返回阶段：

1.3.6.垃圾回收阶段：

二.垃圾回收机制

2.1.finalize方法

2.2.内存中的状态

2.3.强制垃圾回收

---

一.方法区

        当虚拟机(JVM)装载某个类型时(第一次读到，比如: new Car() )，它使用类装载器定位相应的class文件，然后读入class文件，并将它传输到虚拟机中。紧接着虚拟机提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。

1.1.从哪里读class文件？

        从硬盘、jar包、网络。

1.2.类型信息有哪些？

        class文件只会被加载一次，JVM从class文件中提取关键的内容。将类型信息解析提取后存入方法区，在程序其他地方用到该类的信息时(new Car()) 会从方法区去找。提取类型信息主要有两部分。第一部分是和类型直接相关的内容，第二部分是类中包含的内容。

类型直接相关的内容：

• 这个类型的全限定名；
• 这个类型的直接父类的全限定名；
• 这个类型是类类型还是接口类型；
• 这个类型的访问修饰符；
• 直接接口的全限定名的有序列表(接口是多实现)；

类中包含的内容：

• 这个类型的常量池；
• 这个类型的字段信息；
• 这个类型的方法信息；
• 除了常量以外的所有静态变量；
• ……(类装载器，底层组件相关内容)

1.3.方法区中存储的类型信息与堆栈有何关系？

通过图片和示例代码来说明方法区与堆栈的关系。

public class MyClass {
    private int number;
    private String name;

    public MyClass(int number, String name) {
        this.number = number;
        this.name = name;
    }

    public void someMethod() {
        System.out.println("Number: " + number + ", Name: " + name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass(42, "Example"); // 触发类加载和对象创建
        obj.someMethod();
    }
}

1.3.1.类加载阶段：

• 当程序执行到MyClass obj = new MyClass(42, "Example");时，如果MyClass尚未被加载，JVM会触发类加载过程。

• JVM通过类加载器查找并加载MyClass.class文件。

• 加载后，JVM将MyClass类的类型信息（如类的结构信息、常量池、字段和方法数据等）放入方法区。

1.3.2.对象创建阶段：

• JVM在当前线程的栈中为MyClass的构造方法创建一个新的栈帧，并将其压入栈顶。

• 构造方法的栈帧中包含了构造方法的局部变量表、操作数栈、方法调用信息等。

• 构造方法执行时，JVM在堆上为MyClass的对象分配内存，并根据方法区中存储的类的元数据（字段信息）初始化对象，完成初始化对象后构造方法出栈。

• 对象的引用（即指向堆中对象的指针）被存储在main方法的栈帧的局部变量表中。

1.3.3.方法调用阶段：

• 当main方法调用obj.someMethod()时，JVM在当前线程的虚拟机栈中为someMethod创建一个新的栈帧，并将其压入栈顶。

• someMethod的栈帧中包含了someMethod的局部变量表、操作数栈、方法调用信息等。

1.3.4.方法执行阶段：

• someMethod执行时，JVM从方法区中获取someMethod的字节码，并在当前栈帧的操作数栈中执行这些字节码。

• 在someMethod中，访问对象的字段（如number和name）会使用堆中对象的内存地址。

1.3.5.方法返回阶段：

• 当someMethod执行完毕后，它的栈帧从虚拟机栈中弹出，控制权返回到main方法的栈帧。

• main方法继续执行，直到结束，此时main方法的栈帧也从虚拟机栈中弹出。

1.3.6.垃圾回收阶段：

• 当main方法执行结束，JVM结束该线程，此时该线程的虚拟机栈会被销毁。

• 垃圾回收器会定期检查堆中的对象，回收那些不再被任何栈帧引用的对象，以释放内存空间。

二.垃圾回收机制

        当程序创建引用类型数据时，JVM会在堆内存中为之分配一块内存区。当这份数据不再被任何变量引用时，它就成了垃圾，对应的内存区就等待垃圾回收器的回收。所以垃圾回收主要是针对堆而言的。垃圾回收有以下机制：

• 垃圾回收器负责回收堆内存中的空间。

• 程序无法精确的控制垃圾回收的时机。

• 当数据永久的失去引用后，垃圾回收器会在合适的时候回收它的内存区。

2.1.finalize方法

        定义在 java.lang.Object 类中,所有的类都直接或间接继承Object类，finalize方法用于清理对象占用的资源。

protected void finalize() throws Throwable { }

• 垃圾回收器在回收某对象的内存之前，会先调用它的finalize方法；

• 针对某一个对象，垃圾回收器最多只会调用它的finalize方法一次。

• 不要主动调用finalize方法，finalize方法何时调用，是否调用是不确定的！

2.2.内存中的状态

• 可达状态：若对象至少被一个变量引用，则该对象处于可达状态；

• 可恢复状态：若对象不再被任何变量引用，它就进入了可恢复状态。此时垃圾回收器准备回收它的内存，并在回收前调用它的finalize方法；

• 不可达状态：若在调用finalize方法后，对象依然未被引用，它就进入了不可达状态。只有对象进入了不可达状态，垃圾回收器才会回收该对象占据的内存空间！

2.3.强制垃圾回收

System.gc(); //静态方法

Runtime.getRuntime().gc(); //示例方法

        可以在程序中调用上述任意方法通知垃圾回收器进行垃圾回收，但是是否回收以及回收时机依然由垃圾回收器决定。这个代码相当于建议它垃圾回收，但决定权依旧在垃圾回收器手中。在实际中，很少会用到。