大数据面试（一）之JVM

大数据面试（一）之JVM

1、JVM的基本概念

JVM是用于运行Java字节码的虚拟机，包括一套字节码指令集，一组程序寄存器，一个虚拟机栈，一个虚拟机堆，一个方法区及一个垃圾回收器。JVM运行在操作系统之上，不与硬件设备直接交互。

Java程序的具体运行过程：

①Java源文件被编译器编译成字节码文件。

②JVM将字节码文件编译成相应操作系统的机器码（Java能够跨平台的原因）

③机器码调用相应操作系统的本地方法库执行相应的方法

2、JVM构成

● 类加载器子系统用来将编译好的.Class文件加载到JVM中；

● 运行时数据区用于存储在JVM运行过程中产生的数据，包括程序计数器、方法区、本地方法区、虚拟机栈及虚拟机堆；

● 执行引擎包括即时编译器和垃圾回收器，即时编译器用于将java字节码编译成具体的机器码，垃圾回收器用于回收运行时不再使用的对象。

● 本地接口库用于调用操作系统的本地方法库完成具体的指令操作。

3、多线程

在多核操作系统上，JVM允许在一个进程内同时并发执行多个线程。JVM中的线程与操作系统中的线程是相互对应的， 在JVM线程的本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备工作都完成时，JVM会调用操作系统的接口创建一个与之对应的原生线程；在JVM线程运行结束时，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并为其分配CPU时间片，在原生线程初始化完毕时，就会调用Java线程的run()执行该线程；在线程结束时，会释放原生线程和Java线程所对应的资源。

4、JVM的内存区域

JVM的内存区域分为线程私有区域（程序计数器，虚拟机栈，本地方法区），线程共享区域（堆，方法区）和直接内存

线程私有区域的生命周期与线程相同，随线程的启动而创建，随线程的结束而销毁。在JVM内部，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射，因此线程私有内存区域的存在与否和本地线程的启动和销毁对应。
 线程的共享区域随虚拟机的启动而创建，随虚拟机的关闭而销毁。
 直接内存也叫堆外内存，它并不是JVM运行时数据区的一部分，但在并发编程中被频繁使用。JDK的NIO模块提供基于Channel与Buffer的I/O操作方式就是基于堆外内存实现的，NIO模块通过调用Native函数库直接在操作系统上分配堆外内存，然后使用DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用堆内存进行操作，Java进程可以通过堆外内存技术避免在Java堆和Native堆中来回复制数据带来的资源浪费和性能消耗，因此堆外内存在高并发应用场景下被广泛应用（Netty,Flink,HBase,Hadoop都有用到堆外内存）

4.1、程序计数器：线程私有，无内存溢出问题

程序计数器是一块很小的内存空间，用于存储当前运行的线程所执行的字节码的行号指示器。每个运行中的线程都有一个独立的程序计数器，在方法正在执行时，该方法的程序计数器记录的是实时虚拟机字节码指令地址；如果该方法执行的是Native方法，则程序计数器的值为空
 程序计数器属于线程私有的内存区域，它是唯一没有内存溢出的区域。

4.2、虚拟机栈：线程私有，描述Java方法的执行过程

虚拟机站是描述Java方法的执行过程中的内存模型，它在当前栈帧中存储了局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。同时，栈帧用来存储部分，运行时数据及其数据结构，处理动态链接方法的返回值和异常分派。

4.2、本地方法区：线程私有

本地方法区和虚拟机栈作用类似，区别是虚拟机栈为执行Java方法服务，本地方法栈为Native方法服务

4.4、堆：也叫做运行时数据区，线程共享

在JVM运行的过程中创建的对象和产生的数据都被存储在堆中，堆是被线程共享的内存区域，也是垃圾收集器进行垃圾回收的最主要的内存区域。由于现代JVM采用分代收集算法，因此Java堆从GC的角度还可以细分为：新生代，老年代和永久代

4.5、方法区：线程共享

方法区也被称为永久代，用于存储常量，静态变量，类信息，即时编译器编译后的机器码，运行时常量池等数据