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    程序理解出现异常怎么办

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我们都知道虚拟机的内存划分了多个区域,并不是一张大饼。那么为什么要划分为多块区域呢,直接搞一块区域,所有用到内存的地方都往这块区域里扔不就行了,岂不痛快。是的,如果不进行区域划分,扔的时候确实痛快,可用的时候再去找怎么办呢,这就引入了第一个问题,分类管理,类似于衣柜,系统磁盘等等,为了方便查找,我们会进行分区分类。另外如果不进行分区,内存用尽了怎么办呢?这里就引入了内存划分的第二个原因,就是为了方便内存的回收。如果不分,回收内存需要全部内存扫描,那就慢死了,内存根据不同的使用功能分成不同的区域,那么内存回收也就可以根据每个区域的特定进行回收,比如像栈内存中的栈帧,随着方法的执行栈帧进栈,方法执行完毕就出栈了,而对于像堆内存的回收就需要使用经典的回收算法来进行回收了,所以看起来分类这么麻烦,其实是大有好处的。 提到虚拟机的内存结构,可能首先想起来的就是堆栈。对象分配到堆上,栈上用来分配对象的引用以及一些基本数据类型相关的值。但是·虚拟机的内存结构远比此要复杂的多。除了我们所认识的(还没有认识完全)的堆栈以外,还有程序计数器,本地方法栈和方法区。我们平时所说的栈内存,一般是指的栈内存中的局部变量表。 从图中可以看到有5大内存区域,按照是否被线程所共享可分为两部分,一部分是线程独占区域,包括Java栈,本地方法栈和程序计数器。还有一部分是被线程所共享的,包括方法区和堆。什么是线程共享和线程独占呢,非常好理解,我们知道每一个Java进行都会有多个线程同时运行,那么线程共享区的这片区域就是被所有线程一起使用的,不管有多少个线程,这片空间始终就这一个。而线程的独占区,是每个线程都有这么一份内存空间,每个线程的这片空间都是独有的,有多少个线程就有多少个这么个空间。上图的区域的大小并不代表实际内存区域的大小,实际运行过程中,内存区域的大小也是可以动态调整的。下面来具体说说每一个区域的主要功能。 程序计数器,我们在写代码的过程中,开发工具一般都会给我们标注行号方便查看和阅读代码。那么在程序在运行过程中也有一个类似的行号方便虚拟机的执行,就是程序计数器,在c语言中,我们知道会有一个goto语句,其实就是跳转到了指定的行,这个行号就是程序计数器。存储的就是程序下一条所执行的指令。这部分区域是线程所独享的区域,我们知道线程是一个顺序执行流,每个线程都有自己的执行顺序,如果所有线程共用一个程序计数器,那么程序执行肯定就会出乱子。为了保证每个线程的执行顺序,所以程序计数器是被单个线程所独显的。程序计数器这块内存区域是唯一一个在jvm规范中没有规定内存溢出的。 java虚拟机栈,java虚拟机栈是程序运行的动态区域,每个方法的执行都伴随着栈帧的入栈和出栈。 栈帧也叫过程活动记录,是编译器用来实现过程/函数调用的一种数据结构。栈帧中包括了局部变量表,操作数栈,方法返回地址以及额外的一些附加信息,在编译过程中,局部变量表的大小已经确定,操作数栈深度也已经确定,因此栈帧在运行的过程中需要分配多大的内存是固定的,不受运行时影响。对于没有逃逸的对象也会在栈上分配内存,对象的大小其实在运行时也是确定的,因此即使出现了栈上内存分配,也不会导致栈帧改变大小。 一个线程中,可能调用链会很长,很多方法都同时处于执行状态。对于执行引擎来讲,活动线程中,只有栈顶的栈帧是最有效的,称为当前栈帧,这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的字节码指令仅对当前栈帧进行操作。Ft5rk58GfiJxcdcCzGeAt8fjkFPkMRdf 局部变量表:我们平时所说的栈内存一般就是指栈内存中的局部变量表。这里主要是存储变量所用。对于基本数据类型直接存储其值,对于引用数据类型则存储其地址。局部变量表的最小存储单位是Slot,每个Slot都能存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress类型的数据。 既然前面提到了数据类型,在此顺便说一下,一个Slot可以存放一个32位以内的数据类型,Java中占用32位以内的数据类型有boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress八种类型。前面六种不需要多解释,大家都认识,而后面的reference是对象的引用。虚拟机规范既没有说明它的长度,也没有明确指出这个引用应有怎样的结构,但是一般来说,虚拟机实现至少都应当能从此引用中直接或间接地查找到对象在Java堆中的起始地址索引和方法区中的对象类型数据。而returnAddress是为字节码指令jsr、jsr_w和ret服务的,它指向了一条字节码指令的地址。 对于64位的数据类型,虚拟机会以高位在前的方式为其分配两个连续的Slot空间。Java语言中明确规定的64位的数据类型只有long和double两种(reference类型则可能是32位也可能是64位)。值得一提的是,这里把long和double数据类型读写分割为两次32读写的做法类似。不过,由于局部变量表建立在线程的堆栈上,是线程私有的数据,无论读写两个连续的Slot是否是原子操作,都不会引起数据安全问题。 操作数栈是一个后入先出(Last In First Out, LIFO)栈。同局部变量表一样,操作数栈的最大深度也在编译的时候被写入到字节码文件中,关于字节码文件,后面我会具体的来描述。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型,包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1,64位数据类型所占的栈容量为2。在方法执行的任何时候,操作数栈的深度都不会超过在max_stacks数据项中设定的最大值。 当一个方法刚刚开始执行的时候,这个方法的操作数栈是空的,在方法的执行过程中,会有各种字节码指令向操作数栈中写入和提取内容,也就是入栈出栈操作。例如,在做算术运算的时候是通过操作数栈来进行的,又或者在调用其他方法的时候是通过操作数栈来进行参数传递的。 举个例子,整数加法的字节码指令iadd在运行的时候要求操作数栈中最接近栈顶的两个元素已经存入了两个int型的数值,当执行这个指令时,会将这两个int值和并相加,然后将相加的结果入栈。 操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配,在编译程序代码的时候,编译器要严格保证这一点,在类校验阶段的数据流分析中还要再次验证这一点。再以上面的iadd指令为例,这个指令用于整型数加法,它在执行时,最接近栈顶的两个元素的数据类型必须为int型,不能出现一个long和一个float使用iadd命令相加的情况。 本地方法栈 与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。 方法区经常会被人称之为永久代,但这俩并不是一个概念。首先永久代的概念仅仅在HotSpot虚拟机中存在,不幸的是,在jdk8中,Hotspot去掉了永久代这一说法,使用了Native Memory,也就是Metaspace空间。那么方法区是干嘛的呢?我们可以这么理解,我们要运行Java代码,首先需要编译,然后才能运行。在运行的过程中,我们知道首先需要加载字节码文件。也就是说要把字节码文件加载到内存中。好了,问题就来了,字节码文件放到内存中的什么地方呢,就是方法区中。当然除了编译后的字节码之外,方法区中还会存放常量,静态变量以及及时编译器编译后的代码等数据。 堆,一般来讲堆内存是Java虚拟机中最大的一块内存区域,同方法区一样,是被所有线程所共享的区域。此区域所存在的唯一目的就存放对象的实例(对象实例并不一定全部在堆中创建)。堆内存是垃圾收集器主要光顾的区域,一般来讲根据使用的垃圾收集器的不同,堆中还会划分为一些区域,比如新生代和老年代。新生代还可以再划分为Eden,Survivor等区域。另外为了性能和安全性的角度,在堆中还会为线程划分单独的区域,称之为线程分配缓冲区。更细致的划分是为了让垃圾收集器能够更高效的工作,提高垃圾收集的效率。 如果想要了解更多的关于虚拟机的内容,可以观看录制的<深入理解Java虚拟机>这套视频教程。

zwt9000 2019-12-02 00:21:07 0 浏览量 回答数 0

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管理贝贝 2019-12-01 20:07:15 27612 浏览量 回答数 19

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本文主要介绍Java中的自动拆箱与自动装箱的有关知识。 基本数据类型 基本类型,或者叫做内置类型,是Java中不同于类(Class)的特殊类型。它们是我们编程中使用最频繁的类型。 Java是一种强类型语言,第一次申明变量必须说明数据类型,第一次变量赋值称为变量的初始化。 Java基本类型共有八种,基本类型可以分为三类: 字符类型char 布尔类型boolean 数值类型byte、short、int、long、float、double。 数值类型又可以分为整数类型byte、short、int、long和浮点数类型float、double。 Java中的数值类型不存在无符号的,它们的取值范围是固定的,不会随着机器硬件环境或者操作系统的改变而改变。 实际上,Java中还存在另外一种基本类型void,它也有对应的包装类 java.lang.Void,不过我们无法直接对它们进行操作。 基本数据类型有什么好处 我们都知道在Java语言中,new一个对象是存储在堆里的,我们通过栈中的引用来使用这些对象;所以,对象本身来说是比较消耗资源的。 对于经常用到的类型,如int等,如果我们每次使用这种变量的时候都需要new一个Java对象的话,就会比较笨重。所以,和C++一样,Java提供了基本数据类型,这种数据的变量不需要使用new创建,他们不会在堆上创建,而是直接在栈内存中存储,因此会更加高效。 整型的取值范围 Java中的整型主要包含byte、short、int和long这四种,表示的数字范围也是从小到大的,之所以表示范围不同主要和他们存储数据时所占的字节数有关。 先来个简答的科普,1字节=8位(bit)。java中的整型属于有符号数。 先来看计算中8bit可以表示的数字: 最小值:10000000 (-128)(-2^7) 最大值:01111111(127)(2^7-1) 整型的这几个类型中, byte:byte用1个字节来存储,范围为-128(-2^7)到127(2^7-1),在变量初始化的时候,byte类型的默认值为0。 short:short用2个字节存储,范围为-32,768 (-2^15)到32,767 (2^15-1),在变量初始化的时候,short类型的默认值为0,一般情况下,因为Java本身转型的原因,可以直接写为0。 int:int用4个字节存储,范围为-2,147,483,648 (-2^31)到2,147,483,647 (2^31-1),在变量初始化的时候,int类型的默认值为0。 long:long用8个字节存储,范围为-9,223,372,036,854,775,808 (-2^63)到9,223,372,036, 854,775,807 (2^63-1),在变量初始化的时候,long类型的默认值为0L或0l,也可直接写为0。 超出范围怎么办 上面说过了,整型中,每个类型都有一定的表示范围,但是,在程序中有些计算会导致超出表示范围,即溢出。如以下代码: int i = Integer.MAX_VALUE; int j = Integer.MAX_VALUE; int k = i + j; System.out.println("i (" + i + ") + j (" + j + ") = k (" + k + ")"); 输出结果:i (2147483647) + j (2147483647) = k (-2) **这就是发生了溢出,溢出的时候并不会抛异常,也没有任何提示。**所以,在程序中,使用同类型的数据进行运算的时候,一定要注意数据溢出的问题。 包装类型 Java语言是一个面向对象的语言,但是Java中的基本数据类型却是不面向对象的,这在实际使用时存在很多的不便,为了解决这个不足,在设计类时为每个基本数据类型设计了一个对应的类进行代表,这样八个和基本数据类型对应的类统称为包装类(Wrapper Class)。 包装类均位于java.lang包,包装类和基本数据类型的对应关系如下表所示 基本数据类型包装类byteBytebooleanBooleanshortShortcharCharacterintIntegerlongLongfloatFloatdoubleDouble 在这八个类名中,除了Integer和Character类以后,其它六个类的类名和基本数据类型一致,只是类名的第一个字母大写即可。 为什么需要包装类 很多人会有疑问,既然Java中为了提高效率,提供了八种基本数据类型,为什么还要提供包装类呢? 这个问题,其实前面已经有了答案,因为Java是一种面向对象语言,很多地方都需要使用对象而不是基本数据类型。比如,在集合类中,我们是无法将int 、double等类型放进去的。因为集合的容器要求元素是Object类型。 为了让基本类型也具有对象的特征,就出现了包装类型,它相当于将基本类型“包装起来”,使得它具有了对象的性质,并且为其添加了属性和方法,丰富了基本类型的操作。 拆箱与装箱 那么,有了基本数据类型和包装类,肯定有些时候要在他们之间进行转换。比如把一个基本数据类型的int转换成一个包装类型的Integer对象。 我们认为包装类是对基本类型的包装,所以,把基本数据类型转换成包装类的过程就是打包装,英文对应于boxing,中文翻译为装箱。 反之,把包装类转换成基本数据类型的过程就是拆包装,英文对应于unboxing,中文翻译为拆箱。 在Java SE5之前,要进行装箱,可以通过以下代码: Integer i = new Integer(10); 自动拆箱与自动装箱 在Java SE5中,为了减少开发人员的工作,Java提供了自动拆箱与自动装箱功能。 自动装箱: 就是将基本数据类型自动转换成对应的包装类。 自动拆箱:就是将包装类自动转换成对应的基本数据类型。 Integer i =10; //自动装箱 int b= i; //自动拆箱 Integer i=10 可以替代 Integer i = new Integer(10);,这就是因为Java帮我们提供了自动装箱的功能,不需要开发者手动去new一个Integer对象。 自动装箱与自动拆箱的实现原理 既然Java提供了自动拆装箱的能力,那么,我们就来看一下,到底是什么原理,Java是如何实现的自动拆装箱功能。 我们有以下自动拆装箱的代码: public static void main(String[]args){ Integer integer=1; //装箱 int i=integer; //拆箱 } 对以上代码进行反编译后可以得到以下代码: public static void main(String[]args){ Integer integer=Integer.valueOf(1); int i=integer.intValue(); } 从上面反编译后的代码可以看出,int的自动装箱都是通过Integer.valueOf()方法来实现的,Integer的自动拆箱都是通过integer.intValue来实现的。如果读者感兴趣,可以试着将八种类型都反编译一遍 ,你会发现以下规律: 自动装箱都是通过包装类的valueOf()方法来实现的.自动拆箱都是通过包装类对象的xxxValue()来实现的。 哪些地方会自动拆装箱 我们了解过原理之后,在来看一下,什么情况下,Java会帮我们进行自动拆装箱。前面提到的变量的初始化和赋值的场景就不介绍了,那是最简单的也最容易理解的。 我们主要来看一下,那些可能被忽略的场景。 场景一、将基本数据类型放入集合类 我们知道,Java中的集合类只能接收对象类型,那么以下代码为什么会不报错呢? List<Integer> li = new ArrayList<>(); for (int i = 1; i < 50; i ++){ li.add(i); } 将上面代码进行反编译,可以得到以下代码: List<Integer> li = new ArrayList<>(); for (int i = 1; i < 50; i += 2){ li.add(Integer.valueOf(i)); } 以上,我们可以得出结论,当我们把基本数据类型放入集合类中的时候,会进行自动装箱。 场景二、包装类型和基本类型的大小比较 有没有人想过,当我们对Integer对象与基本类型进行大小比较的时候,实际上比较的是什么内容呢?看以下代码: Integer a=1; System.out.println(a==1?"等于":"不等于"); Boolean bool=false; System.out.println(bool?"真":"假"); 对以上代码进行反编译,得到以下代码: Integer a=1; System.out.println(a.intValue()==1?"等于":"不等于"); Boolean bool=false; System.out.println(bool.booleanValue?"真":"假"); 可以看到,包装类与基本数据类型进行比较运算,是先将包装类进行拆箱成基本数据类型,然后进行比较的。 场景三、包装类型的运算 有没有人想过,当我们对Integer对象进行四则运算的时候,是如何进行的呢?看以下代码: Integer i = 10; Integer j = 20; System.out.println(i+j); 反编译后代码如下: Integer i = Integer.valueOf(10); Integer j = Integer.valueOf(20); System.out.println(i.intValue() + j.intValue()); 我们发现,两个包装类型之间的运算,会被自动拆箱成基本类型进行。 场景四、三目运算符的使用 这是很多人不知道的一个场景,作者也是一次线上的血淋淋的Bug发生后才了解到的一种案例。看一个简单的三目运算符的代码: boolean flag = true; Integer i = 0; int j = 1; int k = flag ? i : j; 很多人不知道,其实在int k = flag ? i : j;这一行,会发生自动拆箱。反编译后代码如下: boolean flag = true; Integer i = Integer.valueOf(0); int j = 1; int k = flag ? i.intValue() : j; System.out.println(k); 这其实是三目运算符的语法规范。当第二,第三位操作数分别为基本类型和对象时,其中的对象就会拆箱为基本类型进行操作。 因为例子中,flag ? i : j;片段中,第二段的i是一个包装类型的对象,而第三段的j是一个基本类型,所以会对包装类进行自动拆箱。如果这个时候i的值为null,那么就会发生NPE。(自动拆箱导致空指针异常) 场景五、函数参数与返回值 这个比较容易理解,直接上代码了: //自动拆箱 public int getNum1(Integer num) { return num; } //自动装箱 public Integer getNum2(int num) { return num; } 自动拆装箱与缓存 Java SE的自动拆装箱还提供了一个和缓存有关的功能,我们先来看以下代码,猜测一下输出结果: public static void main(String... strings) { Integer integer1 = 3; Integer integer2 = 3; if (integer1 == integer2) System.out.println("integer1 == integer2"); else System.out.println("integer1 != integer2"); Integer integer3 = 300; Integer integer4 = 300; if (integer3 == integer4) System.out.println("integer3 == integer4"); else System.out.println("integer3 != integer4"); } 我们普遍认为上面的两个判断的结果都是false。虽然比较的值是相等的,但是由于比较的是对象,而对象的引用不一样,所以会认为两个if判断都是false的。在Java中,==比较的是对象应用,而equals比较的是值。所以,在这个例子中,不同的对象有不同的引用,所以在进行比较的时候都将返回false。奇怪的是,这里两个类似的if条件判断返回不同的布尔值。 上面这段代码真正的输出结果: integer1 == integer2 integer3 != integer4 原因就和Integer中的缓存机制有关。在Java 5中,在Integer的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。 适用于整数值区间-128 至 +127。 只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。 具体的代码实现可以阅读Java中整型的缓存机制一文,这里不再阐述。 我们只需要知道,当需要进行自动装箱时,如果数字在-128至127之间时,会直接使用缓存中的对象,而不是重新创建一个对象。 其中的javadoc详细的说明了缓存支持-128到127之间的自动装箱过程。最大值127可以通过-XX:AutoBoxCacheMax=size修改。 实际上这个功能在Java 5中引入的时候,范围是固定的-128 至 +127。后来在Java 6中,可以通过java.lang.Integer.IntegerCache.high设置最大值。 这使我们可以根据应用程序的实际情况灵活地调整来提高性能。到底是什么原因选择这个-128到127范围呢?因为这个范围的数字是最被广泛使用的。 在程序中,第一次使用Integer的时候也需要一定的额外时间来初始化这个缓存。 在Boxing Conversion部分的Java语言规范(JLS)规定如下: 如果一个变量p的值是: -128至127之间的整数(§3.10.1) true 和 false的布尔值 (§3.10.3) ‘\u0000’至 ‘\u007f’之间的字符(§3.10.4) 范围内的时,将p包装成a和b两个对象时,可以直接使用a==b判断a和b的值是否相等。 自动拆装箱带来的问题 当然,自动拆装箱是一个很好的功能,大大节省了开发人员的精力,不再需要关心到底什么时候需要拆装箱。但是,他也会引入一些问题。 包装对象的数值比较,不能简单的使用==,虽然-128到127之间的数字可以,但是这个范围之外还是需要使用equals比较。 前面提到,有些场景会进行自动拆装箱,同时也说过,由于自动拆箱,如果包装类对象为null,那么自动拆箱时就有可能抛出NPE。 如果一个for循环中有大量拆装箱操作,会浪费很多资源。 参考资料 Java的自动拆装箱

montos 2020-06-01 21:24:01 0 浏览量 回答数 0

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