当前位置：首页 > news >正文

11 java语言执行浅析1

news 2025/6/9 14:09:06

Java 是基于线程模型的语言，程序的执行是通过线程来调度和运行的。

一、Java 的最小执行单元：线程（Thread）

每个 Java 程序至少有一个主线程（main thread），它从 main() 方法开始执行。
所有代码最终都在线程中运行，包括方法调用、对象创建等操作。
可以通过继承 Thread 类或实现 Runnable 接口创建多线程程序。

public class MyThread extends Thread {public void run() {System.out.println("Thread is running");}public static void main(String[] args) {MyThread t = new MyThread();t.start(); // 启动线程}
}

结论：线程才是 Java 的最小执行单元；方法只是逻辑组织单位，并不能独立执行。

Java 与 Go 的面向对象/结构化设计差异

Java：一切必须封装在类中（OOP）

Java 是一门典型的 面向对象编程语言（OOP）。
所有代码都必须写在类（class）内部，包括方法、变量、静态块等。
没有“函数”这个一级类型，只有类中的方法。即使是一个简单的 main() 方法也必须定义在一个类里。

特点：

强调封装性、模块性和可扩展性；
更适合大型企业级应用开发；
支持继承、多态、接口等 OOP 高级特性。
（X）灵活性略差，语法繁琐；
（X）对于简单脚本或小型项目不够轻便。

Go：函数是一等公民，支持自由函数（FP + OOP）

Go 是一种 过程式 + 接口 + 并发模型 的语言，强调简洁和高效。
函数是“一等公民”，可以直接定义并作为参数传递。
Go 中的函数可以独立存在，不依赖类结构。
类型系统简单，没有继承，而是通过组合实现复用。

特点：

更加灵活，适合并发、网络服务等场景；
语法简洁，学习成本低；
内置 goroutine 和 channel 支持 CSP 并发模型。
（X）缺乏传统 OOP 的继承机制；
（X）不适合构建复杂的类层次结构。

我们可以从 Java 的动态代理（Dynamic Proxy）和 Go 的高阶函数（Higher-order Function）来对比说明。

Java 动态代理基于 JVM 提供的 Proxy 类和 InvocationHandler 接口。

public interface Service {void doSomething();
}public class RealService implements Service {public void doSomething() {System.out.println("Doing something...");}
}public class LoggingInvocationHandler implements InvocationHandler {private Object target;public LoggingInvocationHandler(Object target) {this.target = target;}public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("Before method call");Object result = method.invoke(target, args);System.out.println("After method call");return result;}
}// 使用示例
Service realService = new RealService();
Service proxy = (Service) Proxy.newProxyInstance(realService.getClass().getClassLoader(),new Class<?>[]{Service.class},new LoggingInvocationHandler(realService)
);proxy.doSomething();

动态代理本质上是 对方法调用的拦截与增强；
它并不是直接“传入一个函数，返回一个增强函数”，而是 对对象的方法调用做拦截处理；
但其背后的思想确实是：传入一个行为（目标对象），返回一个包装后的行为（代理对象）。

Go 语言的“函数增强”方式：高阶函数

Go 没有动态代理的概念，但它可以通过 函数闭包 + 高阶函数 轻松实现类似功能。

package mainimport ("fmt""time"
)// 增强器函数：接收一个函数，返回一个新的增强函数
func timeLogger(fn func()) func() {return func() {start := time.Now()fn()fmt.Printf("Function took %v\n", time.Since(start))}
}func sayHello() {fmt.Println("Hello, World!")
}func main() {wrapped := timeLogger(sayHello)wrapped()
}

直接操作函数，不需要类、接口、代理；
更加轻量、直观；
更容易写出通用中间件（如 HTTP Middleware）；

Java 代码执行流程详解

1. Java 内存由 JVM 管理，主要分为以下区域：

1. 堆（Heap）

所有对象实例和数组存储在此，是 JVM 管理的最大内存区域。
线程共享，垃圾回收（GC）的主要区域。
分代设计：
- 新生代（Young Generation）：新创建的对象在此，分为 Eden 区和两个 Survivor 区。
- 老年代（Old Generation）：长期存活的对象（多次 GC 后仍存活）进入老年代。
- 永久代 / 元空间（PermGen/Metaspace）：JDK 8 之前存储类元数据（如类结构、方法字节码），JDK 8 后改为元空间（直接内存）。

2. 栈（Stack）

线程私有，每个线程有独立的栈。
存储局部变量、方法调用帧（包含方法参数、返回值、局部变量表、操作数栈等）。
栈帧（Stack Frame）：每个方法调用创建一个栈帧，方法执行完毕后栈帧弹出。

3. 方法区（Method Area）

线程共享，存储类的结构信息（如类名、字段、方法、常量池）。
JDK 8 之前是堆的永久代（PermGen），JDK 8 后改为元空间（Metaspace），使用直接内存。

4. 本地方法栈（Native Method Stack）

为 ** 本地方法（如native关键字修饰的方法）** 服务，与 Java 栈类似。

5. 程序计数器（Program Counter Register）

线程私有，记录当前线程执行的字节码行号，用于线程切换后恢复执行位置。

2. 程序启动：从 `main()` 方法开始

JVM 调用 main() 方法作为程序入口。
main() 方法本身是在主线程中执行的。

public static void main(String[] args) {System.out.println("Start of program");someMethod();System.out.println("End of program");
}

3. 方法调用栈（Call Stack）

Java 使用 调用栈（call stack） 来管理方法调用。
每次调用一个方法，JVM 都会在当前线程的栈中压入一个 栈帧（Stack Frame）。
栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址等信息。

void methodA() {methodB();
}void methodB() {int x = 10;
}

调用顺序如下：

main()
└─ methodA()└─ methodB()

methodB() 执行完后，弹出栈帧；
返回到 methodA()；
最终回到 main()，继续执行后续代码。

4. 异常处理与 finally 块

即使发生异常，JVM 也会确保栈帧被正确弹出。
finally 块保证无论是否抛出异常都会执行（除非虚拟机退出）。

5. 对象创建与内存分配示例

public class MemoryExample {public static void main(String[] args) {// 1. 基本类型变量存储在栈中int a = 10;// 2. 对象引用存储在栈中，对象实例存储在堆中Person p = new Person("Alice", 25);// 3. 调用方法时，方法帧入栈p.sayHello();}
}class Person {private String name;  // 成员变量存储在堆中的对象实例中private int age;      // 成员变量存储在堆中的对象实例中public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public void sayHello() {// 局部变量存储在栈帧中String message = "Hello, my name is " + name;System.out.println(message);}
}

内存分析：

基本类型变量a：存储在main方法的栈帧中。
对象引用p：存储在main方法的栈帧中，指向堆中的Person对象实例。
Person对象实例：存储在堆中，包含name和age字段。
方法调用p.sayHello()：创建新的栈帧，存储局部变量message，方法执行完毕后栈帧销毁。

Java 垃圾回收机制（GC）与内存释放

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

此命令会输出 JVM 的版本信息和启动参数，其中启动参数里就包含了选用的垃圾收集器等关键信息。

在Java 8中，默认的垃圾收集器配置是使用Parallel GC，即新生代采用Parallel Scavenge收集器，而老年代则使用Parallel Old收集器。这种组合旨在提高应用程序的整体吞吐量。

从Java 9开始，JVM默认使用的垃圾收集器变更为G1（Garbage First）收集器，它被设计为能够处理非常大的堆，并且可以在大多数情况下提供更短的停顿时间。G1收集器通过将堆划分为多个区域（Region），然后根据垃圾的数量优先回收那些包含最多可回收对象的区域，从而实现高效内存管理。

对于之后的版本，例如Java 11和Java 17等长期支持（LTS）版本，默认依旧是G1收集器。不过，值得注意的是，在较新的Java版本中（比如Java 17或更新版本），随着ZGC和Shenandoah等低延迟垃圾收集器的发展和完善，用户可以根据需要选择这些先进的垃圾收集器作为替代方案，但它们并不是默认选项。

1. Java 内存模型简述

区域	描述
方法区	存储类信息、静态变量、常量池等
堆（Heap）	对象实例主要存放地，GC 主要工作区域
栈	每个线程私有，存储局部变量、方法参数等
本地方法栈	用于 Native 方法调用
程序计数器	当前线程所执行字节码的行号指示器

2. 垃圾回收的基本原理

Java 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）自动管理堆内存。
可达性分析算法（GC Roots Tracing） 是主流判断对象是否为垃圾的方式：
- 从 GC Roots 开始遍历引用链；
- 无法到达的对象被视为不可达，可被回收。

常见的 GC Roots 包括：

虚拟机栈中的局部变量引用；
方法区中类的静态属性引用；
方法区中常量引用；
本地方法栈中 Native 引用。

3. 方法执行结束后是否会释放内存？

局部变量（基本类型）：

存储在栈中，方法执行完毕自动弹出栈帧，无需 GC。

局部变量引用的对象（如 `new Object()`）：

实际对象在堆中；
方法执行结束后，该引用不再存在（即离开作用域）；
如果没有其他引用指向该对象，则下一次 GC 会将其回收。

void method() {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Hello");
}

方法执行完后，list 变量消失；
如果没有其他引用指向这个 ArrayList，GC 会回收它。

4. 如何加快对象回收？（建议做法）

将不再使用的对象设为 null（帮助 GC 更早识别无用对象）；
避免内存泄漏（如长生命周期对象持有短生命周期对象的引用）；
使用弱引用（WeakHashMap、SoftReference、PhantomReference）来辅助 GC 工作。

总结

项目	内容
最小执行单元	线程（Thread）
方法的作用	逻辑封装单位，必须在线程中执行
方法调用流程	通过调用栈进行压栈、弹栈操作
方法执行结束	栈帧自动弹出，局部变量释放，堆中对象等待 GC
垃圾回收机制	自动管理堆内存，使用可达性分析算法
内存释放时机	对象不可达时，由 GC 在适当时间回收