4.非靜態(tài)方法和靜態(tài)方法執(zhí)行原理

在JVM中匀钧,內(nèi)存分為兩個部分序仙,Stack(棧)和Heap(堆),這里裆甩,我們從JVM的內(nèi)存管理原理的角度來認識Stack和Heap冗锁,并通過這些原理認清Java中靜態(tài)方法和靜態(tài)屬性的問題。

一般jvm的內(nèi)存分為兩部分:Stack和Heap嗤栓。(stack和heap都是位于RAM中的)

stack(棧)是JVM的內(nèi)存指令區(qū)冻河。stack管理很簡單,push一定長度字節(jié)的數(shù)據(jù)或者指令茉帅,stack指針壓棧相應的字節(jié)位移叨叙;pop一定字節(jié)長度數(shù)據(jù)或者指令,stack指針彈棧堪澎。stack的速度很快擂错,管理很簡單,并且每次操作的數(shù)據(jù)或者指令字節(jié)長度是已知的全封。

所以Java基本數(shù)據(jù)類型马昙,Java指令代碼,常量都保存在stack中刹悴。

heap (堆)是JVM的內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)行楞。heap 的管理很復雜,每次分配不定長的內(nèi)存空間土匀,專門用來保存對象的實例子房。

在heap 中分配一定的內(nèi)存來保存對象實例,實際上也只是保存對象實例的屬性值就轧、屬性的類型對象本身的類型標記等证杭,并不保存對象的方法(方法是指令,保存在stack中)妒御,在heap 中分配一定的內(nèi)存保存對象實例和對象的序列化比較類似解愤。

而對象實例在heap 中分配好以后,需要在stack中保存一個4字節(jié)的heap 內(nèi)存地址乎莉,用來定位該對象實例在heap 中的位置送讲,便于找到該對象實例奸笤。

由于stack的內(nèi)存管理是順序分配的,而且定長哼鬓,不存在內(nèi)存回收問題监右;而heap則是隨機分配內(nèi)存,不定長度异希,存在內(nèi)存分配和回收的問題健盒;因此在JVM中另有一個GC進程,定期掃描heap 称簿,它根據(jù)stack中保存的4字節(jié)對象地址掃描heap 扣癣,定位heap中這些對象,進行一些優(yōu)化(例如合并空閑內(nèi)存塊什么的)予跌,并且假設heap中沒有掃描到的區(qū)域都是空閑的搏色,統(tǒng)統(tǒng)refresh(實際上是把stack中丟失了對象地址的無用對象清除了)善茎,這就是垃圾收集的過程券册。

我們首先要搞清楚的是什么是數(shù)據(jù),什么是指令垂涯?然后要搞清楚對象的方法和對象的屬性分別保存在哪里烁焙?

為了便于描述,我簡單的統(tǒng)稱:

1)方法本身是指令的操作碼部分耕赘,保存在stack中骄蝇;

2)方法內(nèi)部變量作為指令的操作數(shù)部分,跟在指令的操作碼之后操骡,保存在stack(簡單類型保存在stack中九火,對象類型在stack中保存地址,在heap中保存值)册招;

上述的指令操作碼和指令操作數(shù)構(gòu)成了完整的Java指令岔激。

3)對象實例包括其屬性值作為數(shù)據(jù),保存在數(shù)據(jù)區(qū)heap 中是掰。

非靜態(tài)的對象屬性作為對象實例的一部分保存在heap 中虑鼎,而對象實例必須通過stack中保存的地址指針才能訪問到。

因此能否訪問到對象實例以及它的非靜態(tài)屬性值完全取決于能否獲得對象實例在stack中的地址指針键痛。

先分析一下非靜態(tài)方法和靜態(tài)方法的區(qū)別:

非靜態(tài)方法有一個和靜態(tài)方法很重大的不同:

非靜態(tài)方法有一個隱含的傳入?yún)?shù)炫彩,該參數(shù)是JVM給它的,和我們怎么寫代碼無關(guān)絮短,這個隱含的參數(shù)就是對象實例在stack中的地址指針江兢。因此非靜態(tài)方法(在stack中的指令代碼)總是可以找到自己的專用數(shù)據(jù)(在heap 中的對象屬性值)。當然非靜態(tài)方法也必須獲得該隱含參數(shù)丁频,因此非靜態(tài)方法在調(diào)用前杉允,必須先new一個對象實例扔嵌,獲得stack中的地址指針,否則JVM將無法將隱含參數(shù)傳給非靜態(tài)方法夺颤。

而靜態(tài)方法無此隱含參數(shù)痢缎,因此也不需要new對象,只要class文件被ClassLoader load進入JVM的stack世澜,該靜態(tài)方法即可被調(diào)用独旷。當然此時靜態(tài)方法是存取不到heap 中的對象屬性的。

總結(jié)一下該過程:當一個class文件被ClassLoader load進入JVM后寥裂,方法指令保存在stack中嵌洼,此時heap區(qū)沒有數(shù)據(jù)。然后程序技術(shù)器開始執(zhí)行指令封恰,如果是靜態(tài)方法麻养,直接依次執(zhí)行指令代碼,當然此時指令代碼是不能訪問heap 數(shù)據(jù)區(qū)的诺舔;如果是非靜態(tài)方法鳖昌,由于隱含參數(shù)沒有值,會報錯低飒。因此在非靜態(tài)方法執(zhí)行前许昨,要先new對象,在heap中分配數(shù)據(jù)褥赊,并把stack中的地址指針交給非靜態(tài)方法糕档,這樣程序技術(shù)器依次執(zhí)行指令,而指令代碼此時能夠訪問到heap數(shù)據(jù)區(qū)了拌喉。

再說一下靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性:

前面提到對象實例以及動態(tài)屬性都是保存在heap 中的速那,而heap必須通過stack中的地址指針才能夠被指令(類的方法)訪問到。

因此可以推斷出:靜態(tài)屬性是保存在stack中的(基本類型保存在stack中尿背,對象類型地址保存在stack端仰,值保存在heap 中),而不同于動態(tài)屬性保存在heap 中残家。正因為都是在stack中榆俺,而stack中指令和數(shù)據(jù)都是定長的,因此很容易算出偏移量坞淮,也因此不管什么指令(類的方法)茴晋,都可以訪問到類的靜態(tài)屬性。也正因為靜態(tài)屬性被保存在stack中回窘,所以具有了全局屬性诺擅。

總結(jié)一下:靜態(tài)屬性保存在stack指令內(nèi)存區(qū),動態(tài)屬性保存在heap 數(shù)據(jù)內(nèi)存區(qū)啡直。

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