JVM面试题

JVM面试题

java代码执行过程

Java源文件——>编译器——>字节码文件——>jvm——>机器码，如下步骤：

• 代码编译为class文件（指令：javac）
• 装载class（类加载器：ClassLoader）
• 执行class（解释执行、编译执行）

类加载器

• 启动类加载器：负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath 参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类
• 扩展类加载器：负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库
• 应用程序类加载器：负责加载用户路径（classpath）上的类库

类加载机制-双亲委派模型

某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载

使用双亲委派模型的好处在于Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系

jvm内存空间划分

方法区

线程共享区域，即我们常说的永久代(Permanent Generation)，用于存储被 JVM 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，运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分

堆

线程共享区域，创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域

Java 堆从 GC 的角度还可以细分为：新生代和老年代

• 新生代：是用来存放新生的对象一般占据堆的 1/3 空间；由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC 进行垃圾回收
• 老年代：主要存放应用程序中生命周期长的内存对象

虚拟机栈

线程私有区域，描述java方法执行的内存模型；一个线程中，每调用一个方法创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程（栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁）；栈中可能会引发的异常：

• 线程请求的栈深度大于jvm所允许的深度-StackOverflowError
• 无法申请到足够内存-OutOfMemoryError

本地方法栈

线程私有区域，本地方法栈和 Java Stack 作用类似， 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务，而本地方法栈则为Native 方法服务

pc寄存器

线程私有区域，指向虚拟机字节码指令的位置，唯一一个无OOM的区域

线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束；线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁

垃圾回收算法

标记-清除

标记清除法是先找到内存里的存活对象并对其进行标记，然后统一把未标记的对象统一的清理

优点：

简单直接，速度也非常块，适合存活对象多，需要回收的对象少的场景

缺点：

会造成不连续的内存空间：清除后内存会有很多不连续的空间，这也就是我们常说的空间碎片，这样的空间碎片太多不仅不利于我们下次分配，而且当有大对象创建的时候，我们明明有可以容纳的总空间，但是空间都不是连续的造成对象无法分配，从而不得不提前触发GC

性能不稳定：内存中需要回收的对象，当内存中大量对象都是需要回收的时候，通常这些对象可能比较分散，所以清除的过程会比较耗时，这个时候清理的速度就会比较慢了

使用场景：只有小部分对象需要进行回收的，所以标记清除法比较适用于老年代的垃圾回收，因为老年代一般存活对象会比回收对象要多

标记-复制

将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块内存使用完之后，就将存活对象复制到另一块内存中；然后再把使用的内存一次清理掉，这样就使每次内存回收都是对内存空间的一半进行回收

优点：

解决了标记清除算法的空间碎片问题

缺点：

会浪费一部分空间：总是会有一块空闲的内存区域是利用不到的，这也造成了资源的浪费

存活对象多会非常耗时：因为复制移动对象的过程是比较耗时的，不仅需要移动对象本身还需要修改使用了这些对象的引用地址，所以当存活对象多的场景会非常耗时

需要担保机制：因为复制区总会有一块空间的浪费，而为了减少浪费空间太多，所以我们会把复制区的空间分配控制在很小的区间，但是空间太小又会产生一个问题，就是在存活的对象比较多的时候，这时复制区的空间可能不够容纳这些对象，这时就需要借一些空间来保证容纳这些对象，这种从其他地方借内存的方式我们称它为担保机制

适用场景：比较适合存活对象较少的场景，这也正是新生代对象的特点，所以一般新生代的垃圾回收器基本都会选择标记复制法

标记-整理

标记复制法算是完美的补齐了标记清除法的短板，即解决了空间碎片的问题，又适合使用在大部分对象都是可回收的场景。 不过标记复制法也有不完美的地方，一方面是需要空闲出一块内存空间用来腾挪对象，另外一方面它在存活对象比较多的场景也不是太适合，而存活对象多的场景通常适合使用标记清除法，但是标记清除法会产生空间碎片又是一个无法忍受的问题

所以就需要有一种算法，专门针对存活对象多，但是又产生空间碎片，还不浪费内存空间，这就是标记整理法的初衷

标记整理法分为标记和整理两个阶段，标记阶段会先把存活的对象和可回收的对象标记出来；标记完再对内存对象进行整理，这个阶段会把存活的对象往内存的一端移动，移动完对象后再清除存活对象边界之外的对象

优点：

标记整理法是解决了标记复制法浪费空间、不适合存活对象多场景的短板，又解决了标记清除法空间碎片的短板， 所以对于标记复制法不适合的场景，同时又不能忍受标记清除法的空间碎片问题，就可以考虑标记整理法

缺点：

没有任何一种算法是万能的，标记整理法看似解决了很多问题，但它本身存在很严重的性能问题，标记整理法是三种垃圾回收算法中性能最低的一种，因为标记整理法在移动对象的时候不仅需要移动对象，还要额外的维护对象的引用的地址，这个过程可能要对内存经过几次的扫描定位才能完成，同时还有清除对象的空座，既然做的事情这么多那么必然消耗的时间也越多

适用场景：内存吃紧，又要避免空间碎片的场景，老年代想要避免空间碎片问题的话通常会使用标记整理法