Java内存管理与反射机制

Posted 2022-12-08 wkw1125

Java内存管理

理解Java程序运行时的内存管理，对很多相关技术的学习都有帮助，如Java的反射机制。

Java是纯面对对象语言，没有C/C++“全局变量”的概念，只有“成员变量”与“局部变量”的概念，所有的变量都存在于一个类中。

先看一段代码：

package com.kwws.demo.reflect;

public class A 
    public static final String TAG = "A";
    private int id;

    public void setId(int newId) 
        this.id = newId;
        System.out.println(TAG + ".id=" + this.id);
    

    public static void main(String[] args) 
        String tag = A.TAG;//line 1
        A a = new A();//line 2
        a.setId(99);// line3 
    

内存分配
Java程序运行时，涉及4块内存分配：栈内存（stack）、堆内存（heap）、代码段（code segment）、数据段（data segment），可以用下图表示：

• 栈内存（stack）：存放局部变量的值：基础类型的值（int a=1;中a的值为1）与引用类型的地址（A a = new A();中a的值为内存地址0x0F2532，此时a称为A类对象的引用）
• 堆内存（heap）：存放引用类型的对象的每个成员变量（如A类对象中的成员变量id），注意，不存放成员方法（如setId()）。因此，创建一个引用类型的局部变量，在栈内存与堆内存各占用一块内存。
• 代码段（code segment）：存放源程序代码，如类的成员方法（setId()）和静态方法。注意，同一个类的不同对象共享该类的方法，并不是每创建一个对象就把成员方法复制一次。并且，对象使用方法时方法才被压入栈，不使用不占用内存。
• 数据段（data segment）：存放静态变量和常量（和字符串常量）

main函数运行过程
1. line 1 String tag = A.TAG;：数据段（data segment）一段内存保存常量TAG="A"；栈内存（stack）存放局部变量tag，内容为指向数据段中TAG="A"常量的存放地址（String为引用类型）
2. line 2 A a = new A();：堆内存（heap）开辟了一块空间给A的一个对象，该对象中包含一段内存保存成员变量id（new A()）。栈内存（stack）中保存新局部变量a，内容为堆内存中A对象的地址（A a = ...），称“a是指向A的对象的引用”。
3. line 3 a.setId(99);：栈内存保存基本类型int的值99；代码段中载入setId代码，并对a调用了该方法，方法中的this等于a，指向同一对象。

内存释放过程与垃圾回收
1. 修改a.id后，栈内存释放基本类型int 99的内存（立即出栈）
2. 栈内存中，局部变量a不被其他代码使用，a被释放（立即出栈）。此时，堆内存中A的对象不再被任何局部变量引用，GC随时可以回收该块堆内存（看GC心情）。
3. 局部变量tag不再使用，立即出栈。
4. 方法调用结束后，数据段与代码段内存中的内容被清空。

栈内存与堆内存在垃圾回收时的区别
可以看出，栈内存中的变量一旦不使用则立即释放占用的内存；而堆内存中的变量只有在不被任何变量引用时，垃圾收集器才会“看心情”回收这块内存。

Java反射机制

概念：
Java的反射机制是在编译时并不确定哪个类被加载，而是在程序运行的时候才确定。Java反射允许在程序运行过程中通过API来取得已知class类的相关信息，可以动态地生成此类，并调用其方法或修改其成员变量（甚至是声明为private的方法或变量）。

作用：

• 将要使用的类A.class未编写完时，或者说开发初期不知道某个功能的具体实现时，可以使用反射，到程序运行期间（开发完成后）动态加载A.class。如支持扩展插件的程序。
• 在android开发中，可以使用Java反射机制使用被@hide标记隐藏起来的API。

使用：
上文A.class中的main方法，可以等价替换为如下代码：

import java.lang.reflect.Method;//引入反射包

public static void main(String[] args) 
    try 
        Class A = Class.forName("com.kwws.demo.reflect.A");//根据类名找到指定类A
        Object a = A.newInstance();//实例化A类的一个对象a

        Method setId = A.getMethod("setId", int.class);//找到A类的setId方法，参数为int类
        setId.setAccessible(true);//令该方法可访问

        setId.invoke(a, 99);//对a调用setId方法，参数为99
     catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();
    

上述反射机制的使用，对应了Java内存管理的两点：

• 方法查找Method setId = A.getMethod("setId", int.class);说明了：Java的成员方法是针对类级别A而言，而非对象a；
• setId.invoke(a, 99);将A的对象a作为参数传入该方法，说明类的方法在内存中只拷贝一份，而不是每个对象一份。

通过Class类对象的getMethod/getField方法可以获得类中包含private修饰在内的所有成员，由此可实现对private成员、@hide隐藏成员的访问。

参考

1. Java内存分配全面浅析
2. Java反射机制的学习（概念、相关API）
3. Java(Android)反射机制实例（实践代码）