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Java基础

2021-03-09 19:38:40   0  举报

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AI智能生成

Java基础

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大纲/内容

反射机制

什么是反射

在运行状态，对任意一个类都知道其属性和方法，对任意一个对象都能调用其属性和方法。 我们把这种动态获取类的信息和调用对象叫做Java反射机制。

作用

1.反编译.class-.java

2.动态获取到类的属性方法构造函数

应用场景

JDBC原生代码注册驱动

动态代理的实现

spring xml配置装载

hibernate 的实体类 Spring的AOP等等

3种实现方式

Class.forName("类的完整路径");

Employee.class 类的class属性

obj.getClass() 对象的getClass()方法

new对象和反射得到对象的区别

在使用反射的时候，必须确保这个类已经加载并已经连接了。使用new的时候，这个类可以没有被加载，也可以已经被加载。

new关键字可以调用任何public构造方法，Constructor 对象创建类对象可以选择构造方法，而通过 Class 对象则只能使用默认的无参数构造方法

new关键字是强类型的，效率相对较高。反射是弱类型的，效率低

反射提供了一种更加灵活的方式创建对象，得到对象的信息。如Spring 中AOP等的使用，动态代理的使用，都是基于反射的。解耦

参考：https://www.jianshu.com/p/1fc45c89e76b

JVM

Java内存结构

Java堆（Java Heap）

区域最大，被所有线程共享，存放数组，对象实例，是垃圾回收管理的主要区域，可以通过--Xmx -Xms控制

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

线程私有的，和线程生命周期一样，存储局部变量(基本数据类型,对象引用)，操作数栈，，如果请求的栈大于允许的深度则栈溢出

本地方法栈（Native Method Stack）

和虚拟机栈类似，Java栈执行Java方法(字节码服务)，这个用到native服务，也是抛出两个异常。

方法区（Method Area）

与java堆一样，各个线程共享的内存区域，它用于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

直接内存（Direct Memory）

不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分区域也呗频繁使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常

程序计数器（Program Counter Register）

较小的内存空间,看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储

垃圾回收机制算法

定义

不定时去堆内存中清理不可达对象。不可达的对象并不会马上就会直接回收,垃圾回收是自动的，可以使用System.gc()建议回收

finalize方法作用

finalize()方法在垃圾收集器将对象从内存中清除出去前，做必要的清理工作，子类覆盖finalize()方法以整理系统资源或者执行其他清理工作

新生代与老年代

堆的内存模型

新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定

默认的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )

新生代分为edem区、s0区、s1区，s0和s1也被称为from和to，是两块大小相等并且可以互相角色的空间。绝大多数情况下，对象首先分配在edem区，在新生代回收后，如果对象还存活，则进入s0或s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1，对象达到一定的年龄后，则进入老年代。

如何判断对象是否存活

引用计数法

一个对象没有被任何引用指向，则可视之为垃圾。缺点是检测不到环的存在

根搜索算法

通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

垃圾回收机制策略

标记清除算法

概念

1. 标记阶段：找到所有可访问的对象，做个标记 2. 清除阶段：遍历堆，把未被标记的对象回收

应用场景

该算法一般应用于老年代,因为老年代的对象生命周期比较长。

优缺点

1. 优点 - 是可以解决循环引用的问题 - 必要时才回收(内存不足时)

2. 缺点： - 回收时，应用需要挂起，也就是stop the world。 - 标记和清除的效率不高，尤其是要扫描的对象比较多的时候 - 会造成内存碎片(会导致明明有内存空间,但是由于不连续,申请稍微大一些的对象无法做到)

复制算法

概念

如果jvm使用了coping算法，一开始就会将可用内存分为两块，from域和to域，每次只是使用from域，to域则空闲着。当from域内存不够了，开始执行GC操作，这个时候，会把from域存活的对象拷贝到to域,然后直接把from域进行内存清理。

应用场景

1、当Eden区满的时候,会触发第一次young gc,把还活着的对象拷贝到Survivor From区；当Eden区再次触发young gc的时候,会扫描Eden区和From区域,对两个区域进行垃圾回收,经过这次回收后还存活的对象,则直接复制到To区域,并将Eden和From区域清空。 2、当后续Eden又发生young gc的时候,会对Eden和To区域进行垃圾回收,存活的对象复制到From区域,并将Eden和To区域清空。 3、可见部分对象会在From和To区域中复制来复制去,如此交换15次(由JVM参数MaxTenuringThreshold决定,这个参数默认是15),最终如果还是存活,就存入到老年代 注意: 万一存活对象数量比较多，那么To域的内存可能不够存放，这个时候会借助老年代的空间。

优缺点

优点:在存活对象不多的情况下，性能高，能解决内存碎片和java垃圾回收算法之-标记清除中导致的引用更新问题。 缺点: 会造成一部分的内存浪费。不过可以根据实际情况，将内存块大小比例适当调整；如果存活对象的数量比较大，coping的性能会变得很差。

标记压缩算法

概念

标记清除算法和标记压缩算法非常相同，但是标记压缩算法在标记清除算法之上解决内存碎片化 任意顺序 : 即不考虑原先对象的排列顺序，也不考虑对象之间的引用关系，随意移动对象； 线性顺序 : 考虑对象的引用关系，例如a对象引用了b对象，则尽可能将a和b移动到一块； 滑动顺序 : 按照对象原来在堆中的顺序滑动到堆的一端。

优缺点

优点:解决内存碎片问题，缺点压缩阶段，由于移动了可用对象，需要去更新引用。

分代算法

概念

这种算法，根据对象的存活周期的不同将内存划分成几块，新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。可以用抓重点的思路来理解这个算法。 新生代对象朝生夕死,对象数量多，只要重点扫描这个区域，那么就可以大大提高垃圾收集的效率。另外老年代对象存储久，无需经常扫描老年代，避免扫描导致的开销。

新生代

在新生代，每次垃圾收集器都发现有大批对象死去，只有少量存活，采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集；可以参看我之前写的java垃圾回收算法之-coping复制

老年代

而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须“标记－清除-压缩”算法进行回收。参看java垃圾回收算法之-标记_清除压缩

说明

新创建的对象被分配在新生代，如果对象经过几次回收后仍然存活，那么就把这个对象划分到老年代。 老年代区存放Young区Survivor满后触发minor GC后仍然存活的对象，当Eden区满后会将存活的对象放入Survivor区域，如果Survivor区存不下这些对象，GC收集器就会将这些对象直接存放到Old区中，如果Survivor区中的对象足够老，也直接存放到Old区中。如果Old区满了，将会触发Full GC回收整个堆内存。

JVM参数配置

常见参数配置

-XX:+PrintGC 每次触发GC的时候打印相关日志 -XX:+UseSerialGC 串行回收 -XX:+PrintGCDetails 更详细的GC日志 -Xms 堆初始值 -Xmx 堆最大可用值 -Xmn 新生代堆最大可用值 -XX:SurvivorRatio 用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例. -XX:NewRatio 配置新生代与老年代占比 1:2 总结:在实际工作中，我们可以直接将初始的堆大小与最大堆大小相等， 减少程序运行时垃圾回收次数，从而提高效率。

虚拟机栈溢出

错误原因: java.lang.StackOverflowError 栈内存溢出 栈溢出产生于递归调用，循环遍历是不会的，但是循环方法里面产生递归调用，也会发生栈溢出。 解决办法:设置线程最大调用深度 -Xss5m 设置最大调用深度

内存溢出与内存泄漏区别

Java内存泄漏就是没有及时清理内存垃圾，导致系统无法再给你提供内存资源（内存资源耗尽）； 而Java内存溢出就是你要求分配的内存超出了系统能给你的，系统不能满足需求，于是产生溢出。 内存溢出，这个好理解，说明存储空间不够大。就像倒水倒多了，从杯子上面溢出了来了一样。 内存泄漏，原理是，使用过的内存空间没有被及时释放，长时间占用内存，最终导致内存空间不足，而出现内存溢出。

垃圾收集器

串行与并行收集器

串行回收: JDK1.5前的默认算法缺点是只有一个线程，执行垃圾回收时程序停止的时间比较长 并行回收: 多个线程执行垃圾回收适合于吞吐量的系统，回收时系统会停止运行

serial收集器

串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代复制算法、老年代标记-压缩；垃圾收集的过程中会Stop The World（服务暂停） 一个单线程的收集器，在进行垃圾收集时候，必须暂停其他所有的工作线程直到它收集结束。 特点：CPU利用率最高，停顿时间即用户等待时间比较长。 通过JVM参数-XX:+UseSerialGC可以使用串行垃圾回收器。

ParNew收集器

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。新生代并行，老年代串行；新生代复制算法、老年代标记-压缩 参数控制：-XX:+UseParNewGC ParNew收集器 -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

parallel 收集器

Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。可以通过参数来打开自适应调节策略，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也可以通过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例；新生代复制算法、老年代标记-压缩

cms收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。

g1收集器

在G1中，堆被划分成许多个连续的区域(region)。采用G1算法进行回收，吸收了CMS收集器特点。 特点：支持很大的堆，高吞吐量 --支持多CPU和垃圾回收线程 --在主线程暂停的情况下，使用并行收集 --在主线程运行的情况下，使用并发收集 实时目标：可配置在N毫秒内最多只占用M毫秒的时间进行垃圾回收

垃圾回收策略

Minor GC和Full GC区别

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。

对象优先在eden分配

大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。 虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数，告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并且在进程退出的时候输出当前内存各区域的分配情况。

JDK可视化工具

jconsole

当分析工具弹出时（取决于正在运行的 Java 版本以及正在运行的 Java 程序数量），可能会出现一个对话框，要求输入一个进程的 URL 来连接，也可能列出许多不同的本地 Java 进程（有时包含 JConsole 进程本身）来连接。

visualVm

对 Java 应用程序做性能分析和调优。这些功能包括生成和分析海量数据、跟踪内存泄漏、监控垃圾回收器、执行内存和 CPU 分析，同时它还支持在 MBeans 上进行浏览和操作。

字节码技术

场景

AOP技术、Lombok去除重复代码插件、动态修改class文件等

字节技术优势

Java字节码增强指的是在Java字节码生成之后，对其进行修改，增强其功能，这种方式相当于对应用程序的二进制文件进行修改。Java字节码增强主要是为了减少冗余代码，提高性能等。

常见的字节码操作类库

BCEL

Byte Code Engineering Library(BCEL)，这是Apache Software Foundation的Jakarta项目的一部分。BCEL是Java classworking 广泛使用的一种框架，它可以让您深入jvm汇编语言进行类库操作的细节。BCEL与javassist有不同的处理字节码方法，BCEL在实际的jvm指令层次上进行操作(BCEL拥有丰富的jvm指令集支持) 而javassist所强调的是源代码级别的工作。

ASM

是一个轻量级Java字节码操作框架，直接涉及到JVM底层的操作和指令 高性能，高质量

CGLB

生成类库，基于ASM实现

javassist

是一个开源的分析，编辑和创建Java字节码的类库。性能较ASM差，跟cglib差不多，但是使用简单。很多开源框架都在使用它。

类加载器

类加载的机制的层次结构

步骤一、类加载机制

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口，这个过程需要类加载器参与。

步骤二、连接过程

将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题 准备：正式为类变量（static变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配 解析：虚拟机常量池的符号引用替换为字节引用过程

步骤三、初始化

初始化阶段是执行类构造器<clinit>（）方法的过程。类构造器<clinit>（）方法是由编译器自动收藏类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static块)中的语句合并产生，代码从上往下执行。</clinit></clinit> 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化

类加载器的层次结构

启动（Bootstrap）类加载器

启动类加载器主要加载的是JVM自身需要的类，这个类加载使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分，它负责将 <java_home>/lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包加载到内存中，注意必由于虚拟机是按照文件名识别加载jar包的，如rt.jar，如果文件名不被虚拟机识别，即使把jar包丢到lib目录下也是没有作用的(出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类)。</java_home>

扩展（Extension）类加载器

扩展类加载器是指Sun公司(已被Oracle收购)实现的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，由Java语言实现的，是Launcher的静态内部类，它负责加载<java_home>/lib/ext目录下或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位路径中的类库，开发者可以直接使用标准扩展类加载器。</java_home>

系统（System）类加载器

也称应用程序加载器是指 Sun公司实现的sun.misc.Launcher$AppClassLoader。它负责加载系统类路径java -classpath或-D java.class.path 指定路径下的类库，也就是我们经常用到的classpath路径，开发者可以直接使用系统类加载器，一般情况下该类加载是程序中默认的类加载器，通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器。

总结

类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，需要注意的是，Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象，而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式即把请求交由父类处理，它一种任务委派模式，下面我们进一步了解它。

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