每日面試之JVM

參考答案

Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行 Java 程序的過(guò)程中會(huì)把他所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。

Java 虛擬機(jī)規(guī)范將 JVM 所管理的內(nèi)存分為以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)：

• 程序計(jì)數(shù)器（線程私有）

• Java 虛擬機(jī)棧（線程私有）

• 本地方法棧

• Java 堆（線程共有）

• 方法區(qū)（線程共有）

作用：

? ? 程序計(jì)數(shù)器：對(duì)于單線程，沒(méi)有程序計(jì)數(shù)器都可以，但是實(shí)際情況是多線程環(huán)境的，由于操作系統(tǒng)是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度的，某個(gè)線程還沒(méi)執(zhí)行完時(shí)間片到了，輪到下一個(gè)線程執(zhí)行，這時(shí)程序計(jì)數(shù)器會(huì)記錄該線程代碼執(zhí)行的位置，等到下次輪到該線程執(zhí)行時(shí)就會(huì)從該位置繼續(xù)往下執(zhí)行。

??? Java虛擬機(jī)棧：棧是運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的，是線程私有的，生命周期與線程相同，存儲(chǔ)聲明的變量，每個(gè)棧由多個(gè)棧幀組成，對(duì)應(yīng)線程調(diào)用方法時(shí)占用的內(nèi)存。

????

????本地方法棧：為 native 方法服務(wù)，native 方法是一種由非 java 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的 java 方法，與 java 環(huán)境外交互，如可以用本地方法與操作系統(tǒng)交互。

????堆：堆是所有線程共享的一塊內(nèi)存，是在 java 虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的，幾乎所有對(duì)象實(shí)例都在此創(chuàng)建，所以經(jīng)常發(fā)生垃圾回收操作

???方法區(qū)：主要存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類的信息、常量、靜態(tài)變量和即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，該區(qū)域是被線程共享的，很少發(fā)生垃圾回收

JDK8 之前，Hotspot 中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)是永久代（Perm）

JDK8 開(kāi)始使用元空間（Metaspace），以前永久代所有內(nèi)容的字符串常量移至堆內(nèi)存，其他內(nèi)容移至元空間，元空間直接在本地內(nèi)存分配。

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原因如下：

• 字符串存在永久代中，容易出現(xiàn)性能問(wèn)題和內(nèi)存溢出
• 類及方法的信息等比較難確定其大小，因此對(duì)于永久代的大小指定比較困難，太小容易出現(xiàn)永久代溢出，太大則容易導(dǎo)致老年代溢出
• 永久代會(huì)為 GC 帶來(lái)不必要的復(fù)雜度，并且回收效率偏低
• 更安全：相對(duì)于C++來(lái)說(shuō)，java語(yǔ)言更加安全，jvm具有自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，而C++的程序員需要手動(dòng)去清除垃圾。JVM這種設(shè)計(jì)思路確實(shí)使java語(yǔ)言的安全性提高了，并且不需要程序員手動(dòng)去清理垃圾。

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什么樣的對(duì)象會(huì)被當(dāng)做垃圾回收？

引用計(jì)數(shù)法：指的是如果某個(gè)地方引用了這個(gè)對(duì)象就+1，如果失效了就-1，當(dāng)為 0 就會(huì)回收但是 JVM 沒(méi)有用這種方式，因?yàn)闊o(wú)法判定相互循環(huán)引用（A 引用 B,B 引用 A）的情況。

引用鏈法： 通過(guò)一種 GC ROOT 的對(duì)象（方法區(qū)中靜態(tài)變量引用的對(duì)象等-static 變量）來(lái)判斷，如果有一條鏈能夠到達(dá) GC ROOT 就說(shuō)明，不能到達(dá) GC ROOT 就說(shuō)明可以回收

如何檢驗(yàn)對(duì)象是否被回收？
????可以重寫(xiě) Object 類中的 finalize 方法，這個(gè)方法在垃圾收集器執(zhí)行的時(shí)候，被收集器自動(dòng)調(diào)用執(zhí)行的。

怎樣通知垃圾收集器回收對(duì)象？
????可以調(diào)用 System 類的靜態(tài)方法 gc()，通知垃圾收集器去清理垃圾，但不能保證收集動(dòng)作立即執(zhí)行，具體的執(zhí)行時(shí)間取決于垃圾收集的算法。

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類加載的步驟為，加載 -> 驗(yàn)證 -> 準(zhǔn)備 -> 解析 -> 初始化。

1、加載：

• 獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流

• 將字節(jié)流代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 在堆中生成class字節(jié)碼對(duì)象

2、驗(yàn)證：連接過(guò)程的第一步，確保 class 文件的字節(jié)流中的信息符合當(dāng)前 JVM 的要求，不會(huì)危害 JVM 的安全

3、準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并將其初始化為默認(rèn)值

4、解析：JVM 將常量池內(nèi)符號(hào)引用替換成直接引用的過(guò)程

5、初始化：執(zhí)行類構(gòu)造器的初始化的過(guò)程

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串行垃圾回收器

Serial收集器（復(fù)制算法）+SerialOld收集器（標(biāo)記整理算法）

吞吐量?jī)?yōu)先回收器

Parallel Scaverge收集器（復(fù)制算法）+Parallel Old收集器(是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，標(biāo)記整理算法)

響應(yīng)時(shí)間優(yōu)先垃圾收集器

ParNew收集器(Serial收集器的多線程版本，復(fù)制算法)+CMS收集器(標(biāo)記清除)

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實(shí)現(xiàn)通過(guò)類的權(quán)限定名獲取該類的二進(jìn)制字節(jié)流的代碼塊叫做類加載器。

主要有一下四種類加載器:

1. 啟動(dòng)類加載器(Bootstrap ClassLoader)用來(lái)加載 java 核心類庫(kù)，無(wú)法被 java 程序直接引用。

2. 擴(kuò)展類加載器(extensions class loader):它用來(lái)加載 Java 的擴(kuò)展庫(kù)。Java 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)會(huì)提供一個(gè)擴(kuò)展庫(kù)目錄。該類加載器在此目錄里面查找并加載 Java 類。

3. 系統(tǒng)類加載器（system class loader）：它根據(jù) Java 應(yīng)用的類路徑（CLASSPATH）來(lái)加載 Java 類。一般來(lái)說(shuō)，Java 應(yīng)用的類都是由它來(lái)完成加載的。可以通過(guò)ClassLoader.getSystemClassLoader()來(lái)獲取它。

4. 用戶自定義類加載器，通過(guò)繼承 java.lang.ClassLoader 類的方式實(shí)現(xiàn)。

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在 Java 虛擬機(jī)中，方法區(qū)是可供各線程共享的運(yùn)行時(shí)內(nèi)存區(qū)域。

在不同的 JDK 版本中，方法區(qū)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是不一樣的：

• JDK 1.7 之前的版本，運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一個(gè)部分，同時(shí)方法區(qū)里面存儲(chǔ)了類的元數(shù)據(jù)信息、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等。
• JDK 1.7 開(kāi)始，JVM 已經(jīng)將運(yùn)行時(shí)常量池從方法區(qū)中移了出來(lái)，在 JVM 開(kāi)辟了一塊區(qū)域存放常量池。

永久代就是 HotSpot 版的 Java 虛擬機(jī)對(duì)虛擬機(jī)規(guī)范中方法區(qū)的一種實(shí)現(xiàn)方式，永久代和方法區(qū)的關(guān)系就像 Java 中類和接口的關(guān)系。

HotSpot 版的 Java 虛擬機(jī)在 JDK 1.8 之后取消了永久代，改為元空間，類的元信息被存儲(chǔ)在元空間中。元空間沒(méi)有使用堆內(nèi)存，而是與堆不相連的本地內(nèi)存區(qū)域。所以，理論上系統(tǒng)可以使用的內(nèi)存有多大，元空間就有多大，所以不會(huì)出現(xiàn)永久代存在時(shí)的內(nèi)存溢出問(wèn)題。

在 jdk 1.7 及之前版本出現(xiàn)內(nèi)存溢出的處理辦法：

• 檢查代碼中是否出現(xiàn)死循環(huán)

• 是否創(chuàng)建了過(guò)多或過(guò)大的對(duì)象

• 是否出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象

• 提高 jvm 堆內(nèi)存大小的配置

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對(duì)象在 JVM 中的創(chuàng)建過(guò)程如下：

• JVM 會(huì)先去方法區(qū)找有沒(méi)有所創(chuàng)建對(duì)象的類存在，有就可以創(chuàng)建對(duì)象了，沒(méi)有則把該類加載到方法區(qū)

• 在創(chuàng)建類的對(duì)象時(shí)，首先會(huì)先去堆內(nèi)存中分配空間

• 當(dāng)空間分配完后，加載對(duì)象中所有的非靜態(tài)成員變量到該空間下

• 所有的非靜態(tài)成員變量加載完成之后，對(duì)所有的非靜態(tài)成員進(jìn)行默認(rèn)初始化

• 所有的非靜態(tài)成員默認(rèn)初始化完成之后，調(diào)用相應(yīng)的構(gòu)造方法到棧中

• 在棧中執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)時(shí)，先執(zhí)行隱式，再執(zhí)行構(gòu)造方法中書(shū)寫(xiě)的代碼

• 執(zhí)行順序：靜態(tài)代碼庫(kù)，構(gòu)造代碼塊，構(gòu)造方法

• 當(dāng)整個(gè)構(gòu)造方法全部執(zhí)行完，此對(duì)象創(chuàng)建完成，并把堆內(nèi)存中分配的空間地址賦給對(duì)象名