【浅学Java】JVM面试必备

1. JVM内存区域划分

Java进程在启动的时候，就会在操作系统申请一大块内存，然后把这一大块内存划分成不同的区域，每个区域执行不同的任务。

主要的划分方式，是划分为如下几个区域：

1. 堆
2. 栈
3. 程序计数器
4. 方法区

1. 堆

堆中存放的就是：程序中创建(new)的所有对象

2. 栈

在Java1.8之前，栈区分为：Java虚拟机栈和本地方法栈。

1. Java虚拟机栈中存放Java代码。
2. 本地方法栈中存放JVM内部的C++代码，即本地方法（被native关键字修饰的方法就是本地方法）。

在Java1.8的时候，对Java虚拟机栈和本地方法栈进行了合并。

栈中最关键的信息：

1. 方法之间的调用关系
2. 局部变量

3. 方法区

方法区存放的是类对象。

类对象怎么来的？

我们写的.java文件，会被编译成 .class文件，在类加载的时候，JVM会把
.class文件加载到内存当中，构造出类对象。

4. 程序计数器

程序计数器器就相当于一个书签，用它来记录程序进行到那个指令了，即存储下一个要执行指令的地址

【易错点】变量存储的位置

在我们创建的变量中，判断一个变量存在哪里，主要看它的形态：

局部变量存储在栈区
成员变量存储在堆区
静态变量存储在方法区

可以得出结论：变量跟着谁走，就存在那个区域

【考点】各个内存区域在进程中的数量关系

在一个进程当中：堆和方法区的空间只有一份，所有的线程共享这两个区域；而程序计数器和栈是线程私有的，所有的线程都独有一份。

原因分析：

1. 对于每个线程来说，他们得知道自己执行的调用流程，也得知道自己下一步执行什么指令，这就需要有专门得区域区记录。
2. 如果多个线程共用一个栈区和方法区，在保证程序不出错得情况下，那就得是单线程进行了，显然这是不可取的。

【考点】栈溢出和堆溢出(内存溢出)

1. 栈溢出：报StackOverflowException错误，解决方法就是：检查是否是方法的调用层数太多了，比方说递归没有设置截至条件，导致“无限递归”
2. 堆溢出：又叫内存溢出，报OutOfMemoryException错误，解决方法就是：检查是否是new的对象太多了，比如反复new一个对象而没有及时的清理就会导致堆溢出。

堆溢出还可能有两个原因：

1. 内存泄漏，泄露的对象没有被及时回收
2. 堆内存设置不足，此时就要根据JVM 堆参数与物理内存相比检查是否应该将JVM堆内存调大；
3. 或者检查对象的生命周期是否过长。
4. 数据结构的选择不合理，选用合适的数据结构可以减少堆内存的开销

2. JVM类加载机制

2.0.什么是类加载

java代码经过编译器编译生成.class文件，它是存储在硬盘里面的。Java进程启动时(JVM启动)，需要将.class文件凶硬盘读取到内存中，并构造出类对象，这个过程就叫做类加载

2.1. 类加载的过程

1. 加载（Loading）：找到.calss文件并打开读取文件内容，并创建类对象，将数据先填充到类对象
2. 链接（Linking）：将.class文件里面的内容进行解析/校验

1. 验证：这一阶段的目的是确保Class文件的字节 流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信 息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全
2. 准备：准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段。
3. 解析：解析阶段是 Java 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，也就是初始化常量的过程

3. 初始化（Initializing）：Java 虚拟机真正开始执行类中编写的 Java 程序代码，将主导权移交给应用程序。初始化阶段就是执行类构造器方法的过程。

3. 双亲委派模型

什么是双亲委派模型

0. 它描述的是类加载时的 “加载” 阶段
1. 如果一个加载器收到一个类加载的请求，它不会立即进行类加载，他会先将请求传递给父类加载器，每层以此传递，直到最顶层。
2. 当父类加载器无法完成类加载时，子类再尝试进行加载，子类还是不行的话，子类的子类再进行尝试类加载…

Java中的类加载器

Java中自带了三个类加载器:

双亲委派模型的工作过程

为什么要从BootStrapClassLoader开始自上而下加载

1. 避免重复加载类：比如 A 类和 B 类都有一个父类 C 类，那么当 A 启动时就会将 C 类加载起来，那么在 B 类进行加载时就不需要在重复加载 C 类了。
2. 安全性：使用双亲委派模型也可以保证了 Java 的核心 API 不被篡改，如果没有使用双亲委派模型，而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题，比如我们编写一个称为 java.lang.Object 类的话，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的 Object 类，而有些 Object 类又是用户自己提供的因此安全性就不能得到保证了。

为什么要从AppClassLoader开始自下往上找

1. 我认为从BootStrapClassLoader自上而下开始找理论上是可以的，它不仅不会引起安全问题，也不会引起类的重复加载。
2. 但是在类加载中，大多数加载的都是AppClass，这时如果是自上而下开始找，那查找的效率就很低。
3. 所以先从AppClass开始加载，高频使用，提高效率。

4. JVM垃圾回收机制(GC)

0. 那些区域要进行垃圾回收

对于程序计数器、栈这两部分区域而言，其生命周期与相关线程有关，随线程而生，随线程而灭。并且这三个区域的内存分配与回收具有确定性，因为当方法结束或者线程结束时，内存就自然跟着线程回收了。因此我们有关内存分配和回收关注的为Java堆与方法区这两个区域

1. 程序计数器：这个空间是固定的，每一个线程都有一个程序计数器，它跟随线程一起被销毁，所以不需要GC。
2. 栈区：这里主要存放的局部变量，局部变量约定了作用域，出来作用域就被销毁，所以不需要GC。
3. 方法区：放的是类对象，主要干的是类加载，很少会有类加载，需要GC，但是不迫切。
4. 堆区：放的主要是new的对象，对象在用完之后，就要及时清理，所以需要GC。

1. 垃圾回收的单位

垃圾回收的单位是对象，不是字节，当一个对象的一半在使用，一般没使用的时候，这个对象是不能被释放的。

2. 死亡对象的判断方法

在Java语言中，主要使用的是"可达性分析"这种算法,在其他语言当中，只用的主要是“引用计数”这种算法。

引用计数算法

引用计数算法：设置额外的计数器，来记录某个对象被引用了多少次。

Test t1 = new Test();//Test()引用 +1
Test t2 = t1;//Test()引用 +1
Test t3 = t1;//Test()引用 +1
1
2
3

上述代码中，Test() 对象被引用了3次。

Test t1 = new Test();//Test()引用 +1
Test t2 = t1;//Test()引用 +1
t1=null;//Test()引用 -1
t2=null;//Test()引用 -1
1
2
3
4

此时，Test() 对象被引用了 0 次，此时就可以将Test() 当作垃圾回收了。

但是引用计数有一下缺点：

可达性分析算法

可达性分析算法：以代码这种的一些特殊的变量作为起点，然后以起点出发，看看那些对象能够被访问掉到，只要对象被访问到了，就标记为“可达”，当完成一圈标记后，剩下的“不可达”的就是垃圾了。

那么什么样的变量能够作为“起点”呢？

1. 栈里面的局部变量
2. 常量池中的变量
3. 方法区中，静态引用类型的成员

什么叫做"能够被访问到"？
类似于访问一棵树

3. 垃圾回收算法

标记-清除算法

标记-清除算法：将垃圾对象先标记出来，在标记彻底完成之后，将所有标记的对象全部清除。

缺点：

1. 这种算法的标记和清除的效率都不高
2. 这种算法会引起内存碎片化问题。

复制算法

复制算法：解决了标记-清除算法所引起的内存碎片化问题。它是提前将内存划分为两个区域，用一半留一半。假设区域1在使用，在经过GC之后，就将可达的对象复制到区域2。

解决了标记-清除算法所引起的内存碎片化问题。但是又引入了新的问题：

使得内存的空间利用率降低，每次只能用内存的一半。

标记-整理算法

先将”垃圾对象“标记出来，然后进行整理。

这种算法既解决了内存碎片化的问题，也解决了内存空间利用率的问题，但是它在进行整理的时候，需要对对象进行搬运，这是一个耗时费力的过程，时间复杂度为n*n, 因此，这种算法的效率也不是很高。

分代算法

分代算法综合上面的算法，在不同场景下，扬长避短，从而达到最好的效果。

分代算法的内存划分：

1. 新创建出来的对象，先放在伊甸区。
2. 伊甸区的绝大部分对象都活不过一轮GC，活过一轮的对象就被复制(复制算法)到幸存区，这里需要复制的对象不多，所以幸存区不需要很大。
3. 幸存区里面的对象，又会经历第二次GC，每一轮都会淘汰一些对象，幸存的对象被复制到另一个幸存区。这个过程既保留了复制算法的高效，无内存碎片的优势，同时也没有浪费太多的内存空间。
4. 幸存区里面的对象，经历过15轮的GC之后，如果然后没被淘汰，就可以放到老年区当中。
5. 老年区里面的对象，仍然会接受GC的洗礼，但是频率大大降低，此时就接受用标记-整理算法带来的效率问题。

特殊：对于比较大的对象，它要是使用复制算法进行移动，那效率也是很低的，所以直接将他放到老年代进行了。

垃圾回收器

上面我们讲的收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现，不同的来及回收期可能堆上述垃圾回收算法的运用各有差异。随着技术不断地发展，可能会不断地推出新的垃圾回收期来满足不同场景地需求。

垃圾收集器的作用：垃圾收集器是为了保证程序能够正常、持久运行的一种技术，它是将程序中不用的死亡对象也就是垃圾对象进行清除，从而保证了新对象能够正常申请到内存空间