Agenda. Informatik I WS05/06 Folien von Tobias Dezulian

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1 Agenda Geltungsbereich (Scope) von Variablen Blöcke Der Call-Stack Einschub: Debugging unter Eclipse Der Heap Lebensdauer von Objekten Müllabfuhr: Garbage Collection Exceptions

2 Geltungsbereich (Scope) von Variablen Der Geltungsbereich (Scope) von Variablen in Java wird durch die Syntax des Programmcodes vorgegeben. Lokale Variablen sind nur innerhalb ihres Blocks ("{ }") gültig und in ihrer Lebensdauer an diesen Block gebunden. Bei Namensgleichheit von einer lokalen Variablen und einem Feld einer Klasse kann es zu einer Überdeckung des Feldes im Geltungsbereich der lokalen Variable kommen. Graphik: A. Weber und W. Küchlin

3 Blöcke in Java Blöcke gestatten eine übersichtliche Strukturierung Legen den Geltungsbereich von lokalen Variablen fest

4 Blöcke in Java

5 Blöcke in Java

6 Blöcke in Java

7 Blöcke in Java Auch leere Blöcke zulässig Auch leere Anweisungen zulässig

8 Aufrufe Der Aufrufstapel (Call-Stack) Vor jedem Methodenauf werden die aktuellen lokalen Variablen auf dem sogenannten Aufrufstapel (Call-Stack) abgelegt [Bei der Datenstruktur Stack werden neue Elemente obenauf gelegt und Zugriff ist nur auf das oberste Element möglich] Innerhalb der aufgerufenen Methode sind die lokalen Variablen anderer Methoden (z.b. der aufrufenden Methode) nicht sichtbar Bei der Rückkehr vom Methodenaufruf werden die lokalen Variablen der aufrufenden Methode wieder sichtbar Call-Stack lokale Variablen von methodeb() lokale Variablen von methodeb() lokale Variablen von methodea() Rekursion lokale Variablen von main()

9 Aufrufe Der Aufrufstapel (Call-Stack) Vor jedem Methodenauf werden die aktuellen lokalen Variablen auf dem sogenannten Aufrufstapel (Call-Stack) abgelegt [Bei der Datenstruktur Stack werden neue Elemente obenauf gelegt und Zugriff ist nur auf das oberste Element möglich] Innerhalb der aufgerufenen Methode sind die lokalen Variablen anderer Methoden (z.b. der aufrufenden Methode) nicht sichtbar Bei der Rückkehr vom Methodenaufruf werden die lokalen Variablen der aufrufenden Methode wieder sichtbar Call-Stack lokale Variablen von methodeb() lokale Variablen von methodeb() lokale Variablen von methodea() Rekursion [unsichtbar] lokale Variablen von main()

10 Der Call-Stack Man kann sich in Java mittels Thread.dumpStack() jederzeit die Methodenaufrufe, die momentan auf dem Stack liegen, ausgeben lassen. Zugriff auf die lokalen Variablen von aufrufenden Methoden: debugging-werkzeuge der verwendeten Entwicklungsumgebung verwenden! main() links() call rechts() links() rechts() rechts() links() rechts() links() main()

11 Call-Stack: Beispiel "Walk" Ende der Rekursion

12 Call-Stack: Beispiel "Walk" Ende der Rekursion

13 Der Callstack im Debugger der IDE Der Callstack im Debugger der IDE

14 Der Callstack im Debugger der IDE Der Callstack im Debugger der IDE int bisherigestrecke [lokale Variable]

15 Der Callstack im Debugger der IDE Der Callstack im Debugger der IDE

16 Call-Stack: Beispiel "Walk" Aufruf Aufruf

17 Der Call-Stack (Beispiel): Ausgabe Ausgabe von oben nach unten

18 Live Debugging unter Eclipse Breakpoints Perspektiven unter Eclipse: Java-Perspektive Debug-Perspektive Call-Stack View

19 Speicheraufteilung in der virtuellen Maschine (JVM): Stack und Heap rechts() links() rechts() links() main()?? Stack Heap

20 Die Lebensdauer von Objekten Ein Objekt wird unbenutzbar, sobald die letzte Referenz darauf entfernt worden ist. Der Garbage Collector (in spezieller Mechanismus in der VM) gibt dann den Speicherplatz, den das Objekt bisher beansprucht hat, frei. Verwendung Entfernung der letzten Referenz Instanziierung Garbage Collection

21 Speicheraufteilung in der virtuellen Maschine (JVM): Stack und Heap rechts() links() rechts() links() main() Stack Heap

22 Garbage Collection rechts() links() rechts() links() main() Stack Heap

23 Garbage Collection rechts() links() rechts() links() main() Stack Heap

24 Garbage Collection rechts() links() rechts() links() main() Stack Heap

25 Werkzeugunterstützte Sicht in den Heap

26 Globale Variablen (static) rechts() links() rechts()?? links() main() Stack Heap

27 Garbage Collection: Mark & Sweep

28 Was ist Garbage Collection? automatische Erkennung und Freigabe von nicht mehr referenzierten Objekten a b a = b; a b somit zurück gewonnener Speicher steht dem System wieder zur Verfügung Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

29 Vor- und Nachteile Vorteile: kein explizites Freigeben von Speicher nötig Beseitigung von folgenden Fehlerquellen zu frühe Freigabe (Dangling Pointer) gar keine Freigabe Nachteile: zusätzlicher Overhead, der vom Laufzeitsystem bewältigt werden muss Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

30 GC-Algorithmen/Verfahren (1/2) 2 grundsätzliche Aufgaben: tote" Objekte erkennen Speicherplatz der JVM wieder zugänglich machen lebendige Objekte sind solche, die von einem Wurzelzeiger aus erreicht werden können Wurzelzeiger finden sich in: lokalen Variablen im Stack in globalen (statischen) Variablen Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz Heap

31 GC-Algorithmen/Verfahren (2/2) Reference Counting -> ältestes Verfahren, nicht in Java verwendet Mark and Sweep Mark and Compact Stop and Copy Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

32 Mark and Sweep 2 Phasen: mark-phase und sweep-phase mark-phase: Markierung aller von den Wurzelzeigern aus erreichbaren Objekte sweep-phase: sequentieller Heap-Durchlauf Zurücksetzen der Markierung Freigabe von unmarkierten Objekten Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

33 Mark and Compact -> verdichtende Variante von Mark and Sweep 1) mark(); 2) berechne für jeden markierten Block die Zieladresse nach Verdichtung ) Biege Wurzelzeiger und die Zeiger in den Blöcken auf die neue Zieladresse um 4) Verschiebe die Blöcke auf die neue Zieladresse Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

34 Stop and Copy (1/2) a b c d e f from Space unbenützt to Space a b c d e f a d from Space scan free to Space a b c d e f a d c from Space Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz to Space scan == free

35 Stop and Copy (2/2) Vorteile: verdichtendes Einpaß-Verfahren (vgl. Mark and Compact: 1 Mark-Phase plus 3 Sweep-Phasen) Laufzeit abhängig von der Anzahl der lebenden Objekte (bei Mark and Sweep: abhängig von Heapgröße) Nachteile: nur die Hälfte des Heaps kann verwendet werden das Kopieren der Objekte kostet Zeit Folie adaptiert von Angelika Kusel, Universität Linz

36 Ausnahmebehandlung (Exceptions) Exceptions werden von der virtuellen Maschine automatisch bei einem Ausnahmezustand geworfen Exceptions sind ganz "normale" Objekte -- lediglich ihre Erzeugung unterscheidet sich von der anderer Objekten Exception stehen in einer Vererbungshierarchie genau wie andere Klassen auch

37 Ausnahmebehandlung (Exceptions) RuntimeException Throwable Exception Error IOException NullPointerException "Checked" Exceptions

38 Ausnahmebehandlung (Exceptions) RuntimeExceptions werden von der JVM selbst geworfen (z.b. bei Division durch 0) erzwingen keinen try/catch Block "checked" Exceptions werden von von der Java Bibliothek oder eigenen Klassen erzeugt erzwingen einen try/catch Block (den "Check")

39 Exceptions im Detail RuntimeException

40 Exceptions im Detail

41 Exceptions Absichtliches Erzeugen einer RuntimeException

42 Exceptions "live" unter Eclipse

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