Android内存优化(一) ——JAVA内存模型学习

快来打我* 2022-05-30 08:15 249阅读 0赞

Android原生开发是以java为主的，那么要做内存的优化首先要了解一下java虚拟机的内存模型。如下图：  
![这里写图片描述][70]  
主要就是图上的几大块，本文主要简要解释一下各区域的作用以及java各种变量的存储位置。

#### 一、线程私有 ####

##### (一) 程序计数器PC #####

程序计数器PC是一块较小的内存空间，可以看作所执行字节码的行号指示器。字节码解释器就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，比如循环、跳转、异常处理等等这些基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

在开发多线程应用时，由于Java中的多线程是抢占式的调用，也就是任何一个确定的时刻，cpu都只会执行一条线程，执行哪条线程也是不确定的。所以为了线程切换后能够回到正确的执行位置，每个线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，所以这块区域是”线程私有”的内存。

当线程正在执行一个Java方法时，PC计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的地址；当线程正在执行的一个Native方法时，PC计数器则为空（Undefined）。这一块的内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

##### (二) 虚拟机栈 #####

和程序计数器一样，虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型。  
每个方法(不包含native方法)执行的同时都会创建一个栈帧 用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。  
我们平时所说的栈内存就是指的这一块区域。  
Java虚拟机规范规定该区域有两种异常：  
1.StackOverFlowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出 (递归函数)  
2.OutOfMemoryError：当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出 (OOM)

##### (三) 本地方法栈 #####

本地方法栈和虚拟机栈差不多，前者是为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间。有些虚拟机的实现直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一，比如主流的HotSpot虚拟机。  
异常(Exception)：Java虚拟机规范规定该区域可抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

#### 二、共享数据区 ####

##### (一) Java堆 #####

Java堆，是Java虚拟机管理的最大的一块内存，也是GC的主战场，所以可以叫它gc堆(垃圾堆)，里面存放的是几乎所有的对象实例和数组数据。  
异常(Exception)：Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。

##### (二) 方法区 #####

方法区主要存放的是已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据。Java虚拟机规范对这一块区域的限制非常宽松，不同的虚拟机实现也不同，相对而言垃圾回收在这个区域比较少的出现。根据java虚拟机规范，当方法区无法满足内存分配需求时，会抛出oom异常。

方法区存放的信息包括：

##### 1.类的基本信息： #####

每个类的全限定名  
每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换)  
该类是类还是接口  
该类型的访问修饰符  
直接超接口的全限定名的有序列表

##### 2.已装载类的详细信息： #####

##### (1) 运行时常量池： #####

在方法区中，每个类型都对应一个常量池，存放该类型所用到的所有常量，常量池中存储了诸如文字字符串、final变量值、类名和方法名常量。它们以数组形式通过索引被访问，是外部调用与类联系及类型对象化的桥梁。（存的可能是个普通的字符串，然后经过常量池解析，则变成指向某个类的引用）  
字段信息：  
字段信息存放类中声明的每一个字段的信息，包括字段的名、类型、修饰符。

字段名称指的是类或接口的实例变量或类变量，字段的描述符是一个指示字段的类型的字符串，如private A a=null;则a为字段名，A为描述符，private为修饰符  
方法信息：

类中声明的每一个方法的信息，包括方法名、返回值类型、参数类型、修饰符、异常、方法的字节码。

(在编译的时候，就已经将方法的局部变量、操作数栈大小等确定并存放在字节码中，在装载的时候，随着类一起装入方法区。)

在运行时，JVM从常量池中获得符号引用，然后在运行时解析成引用项的实际地址，最后通过常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把当前类或接口中的代码与其它类或接口中的代码联系起来。

###### (2)静态变量： ######

这个没什么好说的，就是类变量，类的所有实例都共享，我们只需知道，在方法区有个静态区,静态区专门存放静态变量和静态块。  
到类classloader的引用：到该类的类装载器的引用。  
到类class的引用：虚拟机为每一个被装载的类型创建一个class实例，用来代表这个被装载的类。

#### 二、JAVA中内存分配 ####

java中各种常量变量的分配区域各不相同，大家可以看看这里[http://www.iteye.com/topic/634530][http_www.iteye.com_topic_634530]。便于查看我就直接搬过来了。  
  
1.寄存器：最快的存储区, 由编译器根据需求进行分配,我们在程序中无法控制.  
2.栈：存放基本类型的变量数据和对象的引用，但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆（new 出来的对象）或者常量池中（字符串常量对象存放在常量池中。）  
3. 堆：存放所有new出来的对象。  
4. 静态域：存放静态成员（static定义的）  
5. 常量池：存放字符串常量和基本类型常量（public static final）。  
6. 非RAM存储：硬盘等永久存储空间

这里我们主要关心栈，堆和常量池，对于栈和常量池中的对象可以共享，对于堆中的对象不可以共享。栈中的数据大小和生命周期是可以确定的，当没有引用指向数据时，这个数据就会消失。堆中的对象的由垃圾回收器负责回收，因此大小和生命周期不需要确定，具有很大的灵活性。  
对于字符串：其对象的引用都是存储在栈中的，如果是编译期已经创建好(直接用双引号定义的)的就存储在常量池中，如果是运行期（new出来的）才能确定的就存储在堆中。对于equals相等的字符串，在常量池中永远只有一份，在堆中有多份。  
如以下代码：

String s1 = "china";  
    String s2 = "china";  
    String s3 = "china";  
    String ss1 = new String("china");  
    String ss2 = new String("china");  
    String ss3 = new String("china");

![这里写图片描述][70 1]

这里解释一下黄色这3个箭头，对于通过new产生一个字符串（假设为”china”）时，会先去常量池中查找是否已经有了”china”对象，如果没有则在常量池中创建一个此字符串对象，然后堆中再创建一个常量池中此”china”对象的拷贝对象。这也就是有道面试题：String s = new String(“xyz”);产生几个对象？一个或两个，如果常量池中原来没有”xyz”,就是两个。

对于基础类型的变量和常量：变量和引用存储在栈中，常量存储在常量池中。  
如以下代码：  
Java代码 收藏代码

int i1 = 9;  
    int i2 = 9;  
    int i3 = 9;   
    public static final int INT1 = 9;  
    public static final int INT2 = 9;  
    public static final int INT3 = 9;

![这里写图片描述][70 2]

对于成员变量和局部变量：成员变量就是方法外部，类的内部定义的变量；局部变量就是方法或语句块内部定义的变量。局部变量必须初始化。  
形式参数是局部变量，局部变量的数据存在于栈内存中。栈内存中的局部变量随着方法的消失而消失。  
成员变量存储在堆中的对象里面，由垃圾回收器负责回收。  
如以下代码：  
Java代码 收藏代码

class BirthDate {  
        private int day;  
        private int month;  
        private int year;      
        public BirthDate(int d, int m, int y) {  
            day = d;   
            month = m;   
            year = y;  
        }  
        省略get,set方法………  
    }  
    
    public class Test{  
        public static void main(String args[]){  
    int date = 9;  
            Test test = new Test();        
               test.change(date);   
            BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);         
        }    
    
        public void change1(int i){  
            i = 1234;  
        }

\}  
![这里写图片描述][70 3]

对于以上这段代码，date为局部变量，i,d,m,y都是形参为局部变量，day，month，year为成员变量。下面分析一下代码执行时候的变化：  
1. main方法开始执行：int date = 9;  
date局部变量，基础类型，引用和值都存在栈中。  
2. Test test = new Test();  
test为对象引用，存在栈中，对象(new Test())存在堆中。  
3. test.change(date);  
i为局部变量，引用和值存在栈中。当方法change执行完成后，i就会从栈中消失。  
4. BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);  
d1为对象引用，存在栈中，对象(new BirthDate())存在堆中，其中d，m，y为局部变量存储在栈中，且它们的类型为基础类型，因此它们的数据也存储在栈中。day,month,year为成员变量，它们存储在堆中(new BirthDate()里面)。当BirthDate构造方法执行完之后，d,m,y将从栈中消失。  
5.main方法执行完之后，date变量，test，d1引用将从栈中消失，new Test(),new BirthDate()将等待垃圾回收。

总得来说：  
  
局部变量的基本数据类型和引用存储于栈中，引用的对象实体存储于堆中。  
——因为它们属于方法中的变量，生命周期随方法而结束。  
成员变量全部存储与堆中（包括基本数据类型，引用和引用的对象实体）  
——因为它们属于类，类对象终究是要被new出来使用的。  
final修饰的变量(包括局部变量)是存储在方法区的常量池中,static在方法区的静态域中。  
注意引用与具体对象的存储位置的区别。  
在JDK1.8中发现匿名内部类使用局部变量不需要加final也能编译通过，应该是一种语法糖，理论上它还是fianl的。

![这里写图片描述][70 4]

[70]: /images/20220530/67da92fdfa744373b246790d78e2a80d.png
[http_www.iteye.com_topic_634530]: http://www.iteye.com/topic/634530
[70 1]: /images/20220530/ed55020e651c496485fb90eaae7addb1.png
[70 2]: /images/20220530/000494ef4848480aa6e6ef1308c27570.png
[70 3]: /images/20220530/4c6d754c77d541859ea2193d08128ae6.png
[70 4]: /images/20220530/8201c80b09124792b13a8251caa17b1f.png