【面试】JVM

关于内存、JVM、类加载机制

about conception：

 

JVM内存模型：

 

从大的方面讲，JVM的内存模型分为两大块：

永久区内存（Permanent space）和堆内存（heap space）。

栈内存（stack space）一般不归在JVM内存模型中，因为栈内存属于线程级别。

每个线程都有个独立的栈内存空间。

Permanent space是存放加载的Class类级对象 如class本身，method，field等等。

heap space主要存放对象实例和数组。

heap space由new Generation和old Generation组成，old Generation存放生命周期长久的实例对象，而新的对象实例一般存放在New Generation。

New Generation还可以再分为Eden。Survivor区，新的对象实例总是首先放在Eden区，Survivor区作为Eden区和old区的缓冲，可以向old区转移活动的对象实例。

下图是JVM在内存空间（堆空间）中申请新对象过程的活动图：

没错，我们常见的OOM（out of memory）内存溢出异常，就是堆内存空间不足以存放新对象实例时导致。

永久区内存溢出相对少见，一般是由于需要加载海量的class数据，超过了堆内存的容量导致。通常出现在web应用刚刚启动时，因此web应用推荐使用预加载机制，方便在部署时就发现并解决该问题。

栈内存也会溢出，但是更加少见。

堆和栈：

java栈是与每一个线程关联的，JVM在创建每一个线程的时候，会分配一定的栈空间给线程。它主要用来存储线程执行过程中的局部变量，方法的返回值，以及方法调用上下文。栈空间随着线程的终止而释放。StackOverflowError：如果在线程执行的过程中，栈空间不够用，那么JVM就会抛出此异常，这种情况一般是死递归造成的。

Java堆是由所有的线程共享的一块内存区域，堆用来保存各种java对象，比如数组，线程对象等。

堆和栈分离的好处：面向对象的设计，当然除了面向对象的设计带来的维护性，复用性和扩展性方面的好处外，我们看看面向对象如何巧妙的利用了堆栈分离。如果从java内存模型的角度去理解面向对象的设计，我们就会发现对象它完美的表示了堆和栈，对象的数据放在堆中，而我们编写的方法一般是运行在栈中的，因此面向对象的设计是一种非常完美的设计方式，它完美的统一了数据的存储和运行。

堆内存优化：

调整JVM启动参数-Xms -Xmx -XX:newSize -XX:MaxNewSize，如调整初始堆内存和最大堆内存 -Xms256M,-Xmx512M，或者调整初始New Generation的初始内存和最大内存 -XX:newSize=128M -XX:MaxNewSize=128M。

永久区内存优化：

调整PermSize参数 如-XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=512M。

栈内存优化：

调整每个线程的栈内存容量，如 -Xss2028K。

最终，一个内存中JVM所占的内存=堆内存+永久区内存+所有线程所占的栈内存总和。

 

 

一个bean被new出来后，在内存空间的走向？

Student s = new Student();

1）加载Student类文件到栈内存，开辟空间；

2）在栈内存为s开辟空间；

3）在堆内存为Student对象开辟空间；

4）给Student的成员变量分配默认值；

5）如果成员变量有给定值则用给定值覆盖默认值；

6）通过构造方法给成员变量赋值；

7）把Student对象在堆内存的地址值赋给s变量。

成员变量的初始化在构造函数之前。

 

类加载器：

java类装载方式：

1）隐式装载：程序在运行过程中碰到通过new等方式生成对象时，隐式调用类加载器加载对应的类到jvm中；

2）显示装载：通过class.forName()等方式，显示加载需要的类。

 

类加载的动态体现：

一个应用程序是由n多个类组成，java程序启动时，并不是一次性把所有的类全部加载后再运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次性加载到jvm中，其他类等到jvm用到的时候再加载，这样的好处是节省了内存的开销，因为java最早就是为嵌入式系统开发的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到时再加载也是java动态性的一种体现。

 

java类装载机制：

1）Bootstrap loader：Bootstrap加载器是用C++写的，它是在虚拟机启动后初始化的，主要负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath参数指定的路径以及%JAVA_HOME%/jre/classess中的类；

2）ExtClassLoader：BootStrap loader加载ExtClassLoader，并且将ExtClassLoader的父加载器设置为Bootstrap loader。ExtClassLoader是用java写的，主要加载%JAVA_HOME%/jre/lib/ext路径下所有的classes目录以及java.ext.dirs系统变量指定的路径中类库。

3）AppClassLoader：BootStrap Loader加载完ExtClassLoader后，就会加载AppClassLoader，并且将AppClassLoader的父加载器指定为ExtClassLoader。AppClassLoader也是用java写的。classLoader中有个getSystemClassLoader方法，此方法返回的正是AppClassLoader，AppClassLoader主要负责加载classpath所指定的位置的类或者是jar文档，是java程序默认的类加载器。

关系如图;

 

为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区域，另一方面是为了实现委托模型。

 

类加载器之间是如何协调工作的？

java采用了委托模型机制，这个机制简单来说，就是“类装载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，如果Parent找不到，那么才由自己按照自己的搜索路径搜索类”。

 

描述一下JVM加载class文件的原理机制？

【加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载 7个阶段】

1）装载：查找和导入Class文件；

2）链接：其中解析步骤是可以选择的；

• 检查：检查载入的class文件数据的正确性
• 准备：给类的静态变量分配存储空间
• 解析：将符号引用转成直接引用

3）初始化：对静态变量，静态代码块执行初始化工作。

java装载类使用“全盘负责委托机制”，“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoader，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入；“委托机制”是指先委托父类装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全方面考虑的，试想一个人如果写了一个恶意的基础类(java.lang.String)并加装到JVM将会引起严重的后果，但有了全盘负责制，java.lang.String永远是由根装载器来装载，避免了以上情况的发生。除了JVM默认的三个ClassLoader外，第三方可以编写自己的类加载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载解析后，在JVM中有一个对应的java.lang.Class对象，提供了类结构信息的描述。数组、枚举，及基本数据类型，甚至void都拥有对应的Class对象。Class类没有public的构造方法，Class对象是在装载类时由JVM调用类装载器中的defineClass()方法自动构造的。

 

为什么要使用这种双亲委托模式呢？

主要有两方面的原因，第一是避免重复加载，当父加载器已经加载了该类的时候，就没必要子加载器再来加载一次；

另一方面就是考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托机制，我们可以随时使用自定义的String动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时被加载，所以用户自定义类是无法加载一个自定义的ClassLoader。

 

定义自己的ClassLoader？

java中提供的默认类加载器，只能加载指定目录下的jar和class，如果我们想加载其他位置的类或者jar时，比如，我要加载网络上的一个class文件，通过动态加载到内存之后，要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这种情况下，默认的类加载器已经不能满足我们的需求了，需要定义自己的ClassLoader。

定义自己的类加载器分为两步：

1）继承java.lang.ClassLoader；

2）重写父类的findClass方法。

 

如何让栈溢出，如何让方法区溢出？

栈溢出：死循环；

方法区溢出：借助CGLib使方法区出现内存溢出异常。方法区用于存放Class的相关信息，对于这些区域测试的基本思路：运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。

参考：

https://www.cnblogs.com/kivi/p/3197825.html

https://blog.csdn.net/wang740209668/article/details/65474752

https://www.cnblogs.com/doit8791/p/5820037.html

 

写出几个JVM优化配置参数？

-Xms：初始堆大小。只要启动，就占用的堆大小。

-Xmx：最大堆大小。java.lang.OutOfMemoryError：Java heap这个错误可以通过配置-Xms和-Xmx参数来设置。

-Xss：栈大小分配。栈是每个线程私有的区域，通常只有几百K大小，决定了函数调用的深度，而局部变量、参数都分配到栈上。当出现大量局部变量，递归时，会发生栈空间OOM（java.lang.StackOverflowError）之类的错误。

-XX:NewSize=n ：设置新生代大小的绝对值。

-XX:NewRatio=n ：设置年轻代和年老代的比值。比如设置为3，则新生代：老年代=1:3，新生代占总heap的1/4。

-XX:MaxPermSize=n ：设置持久代大小。java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace这个OOM错误需要合理调大PermSize和MaxPermSize大小。

-XX:SurvivorRatio=n ：年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意，Survivor区有form和to两个。比如设置为8时，那么eden:form:to=8:1:1。

-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError：发生OOM时转储堆到文件，这是一个非常好的诊断方法。

-XX:HeapDumpPath：导出堆的转储文件路径。

-XX:OnOutOfMemoryError：OOM时，执行一个脚本，比如发送邮件报警，重启程序。后面跟着一个脚本的路径。