Questions 03 (算法题总结、JVM问题总结)

Questions 03

目录

一、算法题总结

1. 有效的括号

  • LeetCode20 (https://leetcode-cn.com/problems/valid-parentheses/)

    思路：遍历字符串对应的字符数组，每次遇到(、{、[将对应的右边部分放入栈；

    若当前数组元素不是(、{、[就判断栈是否为空，或者判断当前数组元素是否为移除的栈顶元素（若(()]返回false）；

    最后判断栈是否为空（防止出现(){}[、[({})）

    public boolean isValid(String s) {
    Stack<Character> stack = new Stack<>();
    for (char c : s.toCharArray()) {
        if (c == '(') {
            stack.push(')');
        } else if (c == '{') {
            stack.push('}');
        } else if (c == '[') {
            stack.push(']');
        } else if (stack.isEmpty() || stack.pop() != c) {
            return false;
        }
    }
    return stack.isEmpty();
}

二、JVM问题总结

Reference: JavaGuide, CS-Notes

1. Java运行时数据区都有哪几块组成？

  • 程序计数器Program Counter Register

    主要作用：

    1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
    2. 在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

  • Java虚拟机栈VM Stack

    Java 内存可以粗糙的区分为堆内存（Heap）和栈内存 (Stack)，其中栈就是现在说的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。 （实际上，Java 虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息）

    局部变量表主要存放了编译期可知的各种数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。

  • 本地方法栈Native Method Stack

    和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是： 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 （也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

    本地方法被执行的时候，在本地方法栈也会创建一个栈帧，用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息。方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，与Java虚拟机栈一样也会出现 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种错误。

  • 堆Heap

    Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java 堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。

    Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作GC 堆（Garbage Collected Heap）。从垃圾回收的角度，由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以 Java 堆还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点有：Eden、Survivor、Old 等空间。进一步划分的目的是更好地回收内存，或者更快地分配内存。（JDK7版本及 JDK7版本之前堆内存被通常分为新生代Young Generation、老年代Old Generation和永久代Permanent Generation）

  • 方法区Method Area（JDK8之前）

    方法区与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。

    方法区和永久代的关系很像 Java 中接口和类的关系，类实现了接口，而永久代就是 HotSpot 虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式。到了JDK8的HotSpot，永久代 (PermGen) 替换为本地内存中实现的元空间 (MetaSpace) 。

  • 运行时常量池Runtime Constant Pool（JDK8之前）

    运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有常量池表（用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用）。

    JDK7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区（HotSpot中的永久代）；

    JDK7字符串常量池被从方法区拿到了堆中，运行时常量池还在方法区（HotSpot中的永久代）；

    到了JDK8，HotSpot移除了永久代用元空间（Metaspace）取而代之，这时候字符串常量池还在堆，运行时常量池还在方法区，只不过方法区的实现从HotSpot中的永久代变成了元空间（Metaspace）。

2. 类加载过程？

  • class 文件需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用，系统加载 class 类型的文件主要三步：加载->连接->初始化。

    连接过程又可分为三步：验证->准备->解析。

    1. 加载阶段是类加载过程的第一步，主要完成下面3件事情。

      加载阶段和连接阶段的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未结束，连接阶段可能就已经开始了。

      • 通过全类名获取定义此类的二进制字节流。
      • 将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构。
      • 在内存中生成一个代表该类的 Class 对象，作为方法区这些数据的访问入口。

    2. 验证阶段主要完成下面4件事情。

      • 文件格式验证：验证字节流是否符合class文件格式的规范。
      • 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范。
      • 字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
      • 符号引用验证：确保解析动作正确执行。

    3. 准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区（JDK7之前）中分配。

      这时候进行内存分配的仅包括类变量（ Class Variables ，即静态变量，被 static 关键字修饰的变量，只与类相关，因此被称为类变量），而不包括实例变量。实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在 Java 堆中。

      在 JDK 7 及之后，HotSpot 已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移动到堆中，这个时候类变量则会随着 Class 对象一起存放在 Java 堆中。

    4. 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。也就是得到类或者字段、方法在内存中的指针或者偏移量。

      符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。

      直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

      案例：通过解析符号引用就可以直接将其转变为目标方法在类中方法表的位置，因为方法表中存储相对偏移量，当需要调用一个类的方法的时候，只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法了。

    5. 初始化阶段是执行初始化方法 <clinit> ()方法的过程，是类加载的最后一步，这一步 JVM 才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码(字节码)

      对于初始化阶段，虚拟机严格规范了有且只有 6 种情况下，必须对类进行初始化(只有主动去使用类才会初始化类)：

      • 当遇到 new 、 getstatic、putstatic 或 invokestatic 这 4 条直接码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。
      • 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时如 Class.forname("..."), newInstance() 等等。如果类没初始化，需要触发其初始化。
      • 初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。
      • 当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
      • MethodHandle 和 VarHandle 可以看作是轻量级的反射调用机制，而要想使用这 2 个调用， 就必须先使用 findStaticVarHandle 来初始化要调用的类。
      • 当一个接口中定义了 JDK8 新加入的默认方法（被 default 关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

3. GC的理解？

  • 垃圾收集

    垃圾收集主要是针对堆和方法区进行。程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这三个区域属于线程私有的，只存在于线程的生命周期内，线程结束之后就会消失，因此不需要对这三个区域进行垃圾回收。

  • 判断一个对象是否可被收集

    • 引用计数算法

      为对象添加一个引用计数器，当对象增加一个引用时计数器加 1，引用失效时计数器减 1。引用计数为 0 的对象可被回收。

      因为循环引用的存在，因此 Java 虚拟机不使用引用计数算法。

    • 可达性分析算法

      以 GC Roots 为起始点进行搜索，可达的对象都是存活的，不可达的对象可被回收。

      GC Roots 一般包含以下内容：

      • 虚拟机栈中局部变量表中引用的对象
      • 本地方法栈中 JNI 中引用的对象
      • 方法区中类静态属性引用的对象
      • 方法区中的常量引用的对象

    • 方法区的回收

      因为方法区主要存放永久代对象，而永久代对象的回收率比新生代低很多，所以在方法区上进行回收性价比不高。

      主要是对常量池的回收和对类的卸载。

      为了避免内存溢出，在大量使用反射和动态代理的场景都需要虚拟机具备类卸载功能。

      类的卸载条件很多，需要满足以下三个条件，并且满足了条件也不一定会被卸载：

      • 该类所有的实例都已经被回收，此时堆中不存在该类的任何实例。
      • 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。
      • 该类对应的 Class 对象没有在任何地方被引用，也就无法在任何地方通过反射访问该类方法。

    • finalize()

      类似 C++ 的析构函数，用于关闭外部资源。但是 try-finally 等方式可以做得更好，并且该方法运行代价很高，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序，因此最好不要使用。

      当一个对象可被回收时，如果需要执行该对象的 finalize() 方法，那么就有可能在该方法中让对象重新被引用，从而实现自救。自救只能进行一次，如果回收的对象之前调用了 finalize() 方法自救，后面回收时不会再调用该方法。

  • 引用类型

    无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象是否可达，判定对象是否可被回收都与引用有关。

    Java 提供了四种强度不同的引用类型。

    • 强引用

      被强引用关联的对象不会被回收。使用 new 一个新对象的方式来创建强引用。

    • 软引用

      被软引用关联的对象只有在内存不够的情况下才会被回收。使用 SoftReference 类来创建软引用。

    • 弱引用

      被弱引用关联的对象一定会被回收，也就是说它只能存活到下一次垃圾回收发生之前。使用 WeakReference 类来创建弱引用。

    • 虚引用

      又称为幽灵引用或者幻影引用，一个对象是否有虚引用的存在，不会对其生存时间造成影响，也无法通过虚引用得到一个对象。

      为一个对象设置虚引用的唯一目的是能在这个对象被回收时收到一个系统通知。

      使用 PhantomReference 来创建虚引用。

  • 垃圾回收算法

    • 标记-清除
    • 标记-整理
    • 复制
    • 分代收集

  • 垃圾收集器

    HotSpot 虚拟机垃圾收集器的相关概念

    • 单线程与多线程：单线程指的是垃圾收集器只使用一个线程，而多线程使用多个线程；
    • 串行与并行：串行指的是垃圾收集器与用户程序交替执行，这意味着在执行垃圾收集的时候需要停顿用户程序；并行指的是垃圾收集器和用户程序同时执行。除了 CMS 和 G1 之外，其它垃圾收集器都是以串行的方式执行。

    HotSpot 虚拟机中的 7 个垃圾收集器

    • Serial
    • ParNew
    • Parallel Scavenge
    • Serial Old
    • Parallel Old
    • CMS
    • G1
posted @ 2022-04-17 19:50  Ramentherapy  阅读(75)  评论(0)    收藏  举报