面试~jvm(JVM内存结构、类加载、双亲委派机制、对象分配，了解垃圾回收)

一、JVM内存结构

▷ 谈及内存结构各个部分的数据交互过程：还可以再谈及生命周期、数据共享；是否GC、是否OOM

答：jvm 内存结构包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区；它是字节码运行时的数据区，针对字节码，就会有一个具体的分配。

• 对于类信息本身，需要把它存储在方法区；
• 针对字节码对应的类要执行的时候，相应的还需要new 对象，就需要在堆空间 new 对象；
• 对应的执行过程中，都是一些方法的调用，需要在虚拟机栈分配栈帧，代表一个一个的方法的调用。
• 在整个过程中需要用到程序计数器，来记录虚拟机栈的对应的每个线程执行到哪一行了。

■ 对应jvm内存结构各部分的生命周期，堆、方法区是和 jvm生命周期一致的；而 pc寄存器、栈、本地方法栈是和线程生命周期一致的。所以，这个堆、方法区，数据可以共享；而pc寄存器、栈、本地方法栈是线程私有的，不共享；

■ 其中堆、方法区 会GC、OOM；而pc寄存器不GC，不OOM；栈、本地方法栈不会GC，会OOM；

简图：

二、类加载

1、类的加载过程

答：类加载包括三个阶段：加载、链接、初始化，其中链接还包括了验证、准备、解析。

加载阶段：首先通过类全限定名获取到类的二进制字节流，然后将字节流对应的静态存储结构转化成方法区运行时的数据结构；接着在内存生成一个Class对象；

链接阶段：验证，保证了虚拟机的安全；准备，为类变量分配内存并设置默认初始值；解析，将常量池的符号引用转化成直接引用。

初始化阶段：目的是执行类变量、静态代码块。

2、类加载器

答：官方是将类加载器分为两种：引导类加载器、自定义类加载器；详细划分的话，包括：引导类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器、用户自定义类加载器。

除了引导类加载器，其他类加载器都直接或或间接继承 ClassLoader；这个引导类加载器是用C或C++语言写的，用来加载Java的核心库(java、javax、sun包)；

继承关系是启动类是根父类，扩展类继承它，然后应用程序类继承扩展类加载器，用户自定义的类加载器继承应用程序类加载器。

三、双亲委派机制

1、双亲委派机制

答：jvm 对 class 文件是按需加载，需要使用到该类才会把该类的class文件加载到内存生成Class对象。加载类的class文件就是使用双亲委派模式，即把请求交给父类处理。它是一种任务委派模式。

2、工作原理-向上委派

• 如果一个类加载器收到类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行；
• 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器；
• 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

3、双亲委派的优势

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改； 这种保护作用也是"沙箱安全机制"
  • 比如自定义类：java.lang.String 和 java 核心的 String 重复且冲突了

四、对象分配

1、对象分配过程以及YGC、FGC

• 针对幸存者s0，s1区的总结：复制之后有交换，谁空谁是to
• 关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在老年代收集，几乎不再永久代和元空间进行收集
• 新生代采用复制算法的目的：减少内存碎片

五、了解垃圾回收

1、垃圾回收概述

(1) 什么是垃圾？

• 垃圾：运行程序中没有任何指针指向的对象。

(2) 为什么需要GC？

• 不GC，导致内存可能会消耗完；没有GC，不能保证应用程序的正常执行。通过gc，jvm会将整理出来的内存分配给新的对象。

2、垃圾回收相关算法

• 标记阶段：引用计数算法、可达性分析算法 ▷识别、标记对象是死亡对象(垃圾)
• 清除阶段：标记-清除算法、复制算法、标记-压缩算法

(1) 标记阶段的算法

■ 引用计数算法

• 问题：循环引用，导致内存泄露

■ 可达性分析算法

• 思路：以根对象集合**(GC Roots) 为起始点**，搜索连接的目标对象是否可达，不可达，标记为垃圾对象。

  ​ 这个搜索过程走过的路径称为引用链。

GC Roots可以是哪些？ ▷各种引用对象(栈引用对象、本地方法栈引用对象、方法区静态属性引用对象、字符串常量池引用对象)

(2) 清除阶段的算法：

■ 标记-清除算法：

• 标记：沿着GC roots 集合中的根节点遍历可达，可达标记为可达对象。一般是在对象的 Header 中标记为可达对象。【注意：标记的是可达对象，不是垃圾对象】
• 清除：对堆内存进行遍历，发现Header中没有标记为可达对象的，进行回收。

优缺点：

• 优点：基础、常见
• 缺点：效率不高；产生内存碎片；GC时，需要停止整个应用程序(STW),用户体验差。

■ 复制算法：

• 使用前提：复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。
  • 比如新生代的对象都是"朝生夕死"，幸存区就是使用的是复制算法。

优缺点：

• 优点：没有标记和清除过程，实现简单，运行高效; 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题。
• 缺点：需要两倍的内存空间。

■ 标记-压缩(整理)算法：

优缺点：

• 优点：消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。
• 缺点：从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法。 移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址

3、对比清除阶段三种算法效率、内存利用率：

4、堆常见面试题-说一下 MinorGC、MajorGC、FullGC 的区别？

• Minor GC：新生代的GC
• Major GC：老年代的GC
• Full GC：整堆收集，收集整个Java堆和方法区的垃圾收集

Hotspot VM的GC分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（FullGC）

• 部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为：

  • 新生代收集（MinorGC/YoungGC）：只是新生代的垃圾收集

• 老年代收集（MajorGC/o1dGC）：只是老年代的圾收集。

  • 混合收集（MixedGC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。

• 整堆收集（FullGC）：收集整个java堆和方法区的垃圾收集。

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