最近在編程時，修改方法傳入對象的對象引用，并沒有將修改反映到調用方法中。奇怪為什么結果沒有變化，原因是遺忘了Java對象引用和內存分配機制。本文介紹3個點：

① 該問題舉例說明

② 簡要闡述Java內存區域

③ 介紹JVM中方法調用的機制

1. Java方法調用傳參實例解析

Java中參數傳遞是值傳遞，即調用方法時，所有參數的傳遞都是值傳遞。基本類型直接將值拷貝給方法參數，引用類型將引用地址拷貝給方法參數。先看兩個String類型和對象引用的實例。

(1)字符串對象引用

public static voidmain(String[] args) {

String a = "123";

app(a);

System.out.println(a);

}

private static voidapp(String a) {

//String不可修改，只會重新創建，故main中a不變

a += "456"; }

輸出：123

分析：結果并沒有因為調用了app方法，而輸出123456。如注釋中描述，String(由字符數組實現)是不可修改的，所有的修改都會重新創建新的String對象，并且字符串拼接也會重新創建String對象(具體見下文)。也就是說app中的a字符串引用已不再指向main中a指向的內存塊，即main方法中a指向的內存塊中字符串的值沒有發送變化。

下圖展示了對象引用與內存塊的關系，可以看出來main方法中的與app方法中的a沒關系，只是剛調用賦值的時候指向同一個內存塊。

(2)字符串拼接源碼實現

通過下圖中字節碼命令可以看到，字符串拼接是通過StringBuilder實現的。

讀取的數據經第8行構建為String對象；

字符串拼接拆分為11-19，第11行構建StringBuilder對象，第16行調append方法，將字段串拼接到后邊(底層通過將字符串中的字符放入原字符串字符數組中)

第19行，調StringBuilder.toString方法返回拼接好的字符串。

toString()的源碼如下：

@Override

publicString toString() {

// Create a copy, don't share the array

return new String(value, 0, count);

}

重新構建String對象，并且注釋中說明創建拷貝，但不共享字符數組。String構造函數底層會調Arrays.copyOfRange(char[] original, int from, int to)方法，將original字符數組拷貝到一個新的字符數組中，源碼如下：

public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, intto) {

int newLength = to -from;

if (newLength < 0)

throw new IllegalArgumentException(from + " > " +to);

char[] copy = new char[newLength]; System.arraycopy(original, from, copy, 0, Math.min(original.length -from, newLength)); returncopy; }

(3)普通對象引用

public static voidmain(String[] args) {

ListNode node = new ListNode(4);

System.out.println(node);

chg(node);

System.out.println(node.val);

}

private static voidchg(ListNode node) {

node.val+=1;

System.out.println(node);

node= new ListNode(2); System.out.println(node); } static classListNode{ private intval; privateListNode next; ListNode(intval){ this.val =val; } }

輸出：

test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55

test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55

test.InsertSortTest$ListNode@15db9742

5

分析：①??test.InsertSortTest$ListNode@2a139a55地址對應的對象，在main方法調chg方法傳遞參數的時候，將地址拷貝給chg方法的參數node，在chg方法中修改對象的值，此時兩個方法中的node仍指向統一內存塊，故main方法中輸出為5。

②??node= new ListNode(2) 語句將chg方法中的node重新指向另一個對象地址test.InsertSortTest$ListNode@15db9742，此時main方法和chg方法中的node指向不同的對象。

2. Java內存區域

具體Java虛擬機運行時數據區的劃分，網上有很多相關資料，還可以看《深入理解Java虛擬機》，在此就不贅述了。但需要說明一點JDK7和JDK8稍有不同，就是JDK8中將原有的方法區(Method Area)或永久代改為元空間(MetaSpace)，即將存儲類信息、靜態變量等元數據信息從方法區(也是堆內存)移動到本地內存(native memory)中。將不會出現java.lang.OutOfMemoryError: PermGen異常，如果該區域設置了大小，可能會出現java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space異常，如果不設置大小，默認是自增的。

JDK7中JVM運行時數據區的劃分如下圖：(JDK7時，已將字符串常量池從方法區移到堆中)

JDK8中JVM運行時數據區的劃分：

3. Java方法調用機制(字節碼執行引擎)

棧幀是支持虛擬機方法調用和方法執行的數據結構，每個方法調用都對應一個棧幀。棧幀中包含局部變量表、操作棧、動態連接和方法返回地址等信息，結構如下圖所示(圖摘自Java —— 運行時棧幀結構)：

具體內容的介紹參考書《深入理解Java虛擬機》。簡單總結如下：

1. 基本概念

棧幀中局部變量表的大小、操作數棧的大小在編譯期確定；

局部變量表用于存儲方法參數和方法內部定義的局部變量，以槽(slot)為最小單位；

操作數棧用于存儲指令計算對應的數據元素；

動態連接是指向運行時常量池中該棧幀所屬方法放入引用，在運行期間可以轉化為直接引用；

返回地址保存棧幀退出時，返回到方法被調用的位置，有正常退出(由PC計數器確定)和異常退出(由異常處理器表確定)；

2. 方法調用

(1)解析

方法調用在Class文件中存儲的都是符號引用，而不是方法在實際運行時內存布局中的入口地址(或直接引用)

在類加載的解析階段，會將其中一部分符號引用轉為直接引用，如編譯期可知、運行期不可變的方法，包括靜態方法和私有方法兩大類，他們不可能被繼承或重寫；

5條字節碼指令：invokestatic(調靜態方法)、invokespecial(調構造方法、私有方法和父類方法)、invokevirtual(調虛方法)、invokeinterface(調接口方法，運行時確定實現該接口的對象)、invokedynamic(用于動態類型語言，暫不深究)。

前2種對應的為非虛方法，解析階段可以將符號引用轉為直接引用，不會延遲到運行期；invokevirtual和invokeinterface作用于虛方法(除final方法外)

(2)分派

Java多態性主要通過重載和重寫實現，他們在JAVA虛擬機中是通過分派完成，包含靜態分派(對應重載)和動態分派(對應重寫)

定義一個變量，其有靜態類型和實際類型，靜態類型變量本身不會被改變，在編譯期可知；編譯時程序不知道一個對象實際類型是什么。

重載時，是通過參數的靜態類型作為判斷依據的；重寫時，是在運行時根據實際類型作為判斷依據，根據操作數棧頂所指的實際類型，去類型和父類型的常量池中查找對應方法。

3. 方法執行

Java虛擬機采用基于棧的字節碼解釋執行，過程涉及字節碼指令、程序計數器、局部變量表和操作棧等，具體例子可參考書《深入理解Java虛擬機》。

4. 總結

方法調用時，方法參數是通過值傳遞的，并且方法參數會存儲在棧幀中的局部變量表中，當修改該參數變量的指針時，與原來變量所指的內存塊不同

Java虛擬機在JDK8時，將原來的永久代(方法區)改為元空間，放入本地內存。其中一個好處是防止永久代空間溢出問題

Java方法調用和執行是基于棧的字節碼指令解釋執行引擎，調用過程中涉及什么時機將符號引用轉為直接引用，非虛方法調用發生在解析階段，重載發生在編譯期，重寫發生在運行時。

5.參考

《深入理解Java虛擬機》

總結

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