一、Java類加載機制

類從被加載到虛擬機內存中開始，到卸載出內存，它的整個生命周期包括：加載（Loading）、驗證（Verification）、準備（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initiallization）、使用（Using）和卸載（Unloading）這7個階段。其中驗證、準備、解析3個部分統稱為連接（Linking），這七個階段的發生順序如下圖

1.加載Loading：

1）通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節流。

2）將這個字節流所代表的靜態變量、類信息、常量等內容放入到方法區。

3）在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區這個類的各種數據的訪問入口。

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2.驗證Verification：

目的是確保class文件的字節流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身安全，

驗證階段主要包括四個檢驗過程：文件格式驗證、元數據驗證、字節碼驗證和符號引用驗證

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3.準備Preparation

靜態成員的初始化。準備階段是正式為類變量分配內存并設置其初始值的階段，這些變量所使用的內存都將在方法區中分配。關于這點，有兩個地方注意一下：

1）這時候進行內存分配的僅僅是類變量（被static修飾的變量），而不是實例變量，實例變量將會在對象實例化的時候隨著對象一起分配在Java堆中

2）這個階段賦初始值的變量指的是那些不被final修飾的static變量，比如"public static int value = 123;"，value在準備階段過后是0而不是123，給value賦值為123的動作將在初始化階段才進行

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4.解析Resolution

解析階段是虛擬機常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。 Java在編譯階段，會將.java文件編譯成.class文件，在生成的.class文件中，static修飾的靜態變量就是我們常說的符號引用，但是在編譯階段該符號引用并不知道引用類的實際內存地址(虛擬機還沒運行)。直到解析階段，虛擬機加載了該類才能真正解析到具體的內存地址。

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5.初始化Initialization

初始化階段做的事就是給static變量賦予用戶指定的值以及執行靜態代碼塊

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二、雙親委派加載

1.類加載器介紹：

從Java開發人員的角度來看，大部分Java程序一般會使用到以下三種系統提供的類加載器：

1)啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：負責加載JAVA_HOME\lib目錄中并且能被虛擬機識別的類庫到JVM內存中，如果名稱不符合的類庫即使放在lib目錄中也不會被加載。該類加載器無法被Java程序直接引用。

2)擴展類加載器（Extension ClassLoader）：該加載器主要是負責加載JAVA_HOME\lib\，該加載器可以被開發者直接使用。

3)應用程序類加載器（Application ClassLoader）：該類加載器也稱為系統類加載器，它負責加載用戶類路徑（Classpath）上所指定的類庫，開發者可以直接使用該類加載器，如果應用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認的類加載器。?

4)自定義類加載器(必須繼承 ClassLoader)。?

這些類加載器之間的關系如下圖所示：

如上圖所示的類加載器之間的這種層次關系，就稱為類加載器的雙親委派模型（Parent Delegation Model）。該模型要求除了頂層的啟動類加載器外，其余的類加載器都應當有自己的父類加載器。子類加載器和父類加載器不是以繼承（Inheritance）的關系來實現，而是通過組合（Composition）關系來復用父加載器的代碼。

2.雙親委派模型的工作過程為：

如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次的加載器都是如此，因此所有的類加載請求都會傳給頂層的啟動類加載器，只有當父加載器反饋自己無法完成該加載請求（該加載器的搜索范圍中沒有找到對應的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載

3.雙親委派模型?的好處：

使用這種模型來組織類加載器之間的關系的好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關系。例如java.lang.Object類，無論哪個類加載器去加載該類，最終都是由啟動類加載器進行加載，因此Object類在程序的各種類加載器環境中都是同一個類。否則的話，如果不使用該模型的話，如果用戶自定義一個java.lang.Object類且存放在classpath中，那么系統中將會出現多個Object類，應用程序也會變得很混亂。如果我們自定義一個rt.jar中已有類的同名Java類，會發現JVM可以正常編譯，但該類永遠無法被加載運行

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三、JVM運行時數據區

1.堆(Heap)

1)被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建;

2)用來存儲對象實例;

3)可以通過-Xmx和-Xms控制堆的大小

4) java堆是垃圾收集器管理的主要區域。java堆還可以細分為：新生代（New/Young）、舊生代/年老代（Old/Tenured）

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2.方法區(Method Area)

1)被所有線程共享的一塊內存區域

2)用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據

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3.虛擬機棧(VM Stack)

1)線程私有，生命周期與線程相同

2) 存儲方法的局部變量表(基本類型、對象引用)、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息

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4.本地方法棧(Native?Method?Stack)

與虛擬機棧相似，主要為虛擬機使用到的Native方法服務，在HotSpot虛擬機中直接把本地方法棧與虛擬機棧二合一

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5.程序計數器（Program?Counter?Register）

1）當前線程所執行的字節碼的行號指示器

2）當前線程私有

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四、JVM常見配置

-Xss：每個線程的java虛擬機內存大小

1.堆設置

-Xms:初始堆大小

-Xmx:最大堆大小

-XX:NewSize=n:設置年輕代大小

-XX:NewRatio=n:設置年輕代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個年輕代年老代和的1/4

-XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區占整個年輕代的1/5

-XX:MaxPermSize=n:設置持久代大小

2.收集器設置

-XX:+UseSerialGC:設置串行收集器

-XX:+UseParallelGC:設置并行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC:設置并行年老代收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC:設置并發收集器

3.垃圾回收統計信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

4.并行收集器設置

-XX:ParallelGCThreads=n:設置并行收集器收集時使用的CPU數。并行收集線程數。

-XX:MaxGCPauseMillis=n:設置并行收集最大暫停時間

-XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間占程序運行時間的百分比。公式為1/(1+n)

5.并發收集器設置

-XX:+CMSIncrementalMode:設置為增量模式。適用于單CPU情況。

-XX:ParallelGCThreads=n:設置并發收集器年輕代收集方式為并行收集時，使用的CPU數。并行收集線程數

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五、JVM垃圾回收機制

1.Java中的四種引用類型

1)強引用. 這里的o就是一個強引用，也是我們用得最多的引用，在實例化類的時候經常會用到。遇到這類引用，GC（垃圾回收器）是絕對不會回收它的。當遇到內存不足的情況，JVM會拋出OOM異常。所以，在不使用這類對象的時候要注意釋放它，以便讓系統回收

Object o = new Object();

2)軟引用. 這里的s就是一個軟引用，它是用來描述一些有用但非必需的對象。如果一個對象只具有軟引用，則內存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；如果內存空間不足了，就會回收這些對象的內存

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SoftReference<String> s = new SoftReference<>(new String("Hello"));

System.out.println(s.get());

3)弱引用。只具有弱引用的對象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內存區域的過程中，一旦發現了只具有弱引用的對象，不管當前內存空間足夠與否，都會回收它的內存

WeakReference<String> w = new WeakReference<>(new String("Hello"));

System.out.println(w.get());

System.gc();

System.out.println(w.get());

4)虛引用。與其他幾種引用都不同，虛引用并不會決定對象的生命周期。如果一個對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用，一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。 它唯一的作用就是就是用于追蹤，讓我們能夠在這個對象被回收的時候收到一個通知。

ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();

PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<>(new String("Hello"), queue);

System.out.println(pr.get());

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2.如何判斷對象需要被回收

1）引用計數法。 在對象內部會有一個引用計數器，一旦某個地方引用它時，計數器就加1。 計數器表示的是對象的人氣指數，也就是有多少程序引用了這個對象（被引用數）。下圖是引用計數法中的對象。

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2）可達性分析法。 所謂可達性分析就是通過一系列被稱為“GC Roots”的點作為起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索的路徑稱為引用鏈，當一個對象到GC Roots不可達的時候，則證明此對象是可回收的

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3.垃圾回收算法

回收機制——隔代收集法

新生代：

復制法：新生代活躍對象多，先將內存分為兩個部分，From區和To區，兩部分大小相等。對象分配時，只會在From區進行分配。復制算法可以分兩步，第一步為類似標記清除算法的標記，在From區中，找出所有活動的對象。區別在于第二步。復制算法會把這些活動的對象，復制到To區中，再將原有的From區全部清空，并交換兩部分內存的職責，即一次GC后，原有的From區會成為To區，To區相反

優點：效率高 、高速分配、不會發生碎片化；GC后的內存空間是連續的。

缺點：堆使用效率低下，把堆二等分， 真正存放新對象的內存區域會變少，只有一半堆能夠存放對象

老年代(永久代)：

標記-整理法：分為標記和整理兩個階段： 標記所有從根節點開始的遍歷到的存活對象，讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內存

標記—清除法：分為標記和清除兩個階段： 標記所有從根節點開始的遍歷到的存活對象，在標記完成后，清除所有未被標記的對象

優點：有效利用堆，能夠在整個堆中進行操作

缺點：壓縮花費時間，清楚和壓縮都會搜索堆，浪費時間，沒有壓縮的話會產生碎片化問題，對象存儲不連續。

4.垃圾收集器

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名稱	工作區域	單線程/多線程	垃圾收集算法	描述
Serial收集器	新生代	單線程	復制算法	進行垃圾收集時，必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結束
ParNew收集器 (Serial收集器的多線程版本)	新生代	多線程	復制算法	并行：指多條垃圾收集線程并行工作，但此時用戶線程仍然處于等待狀態； 并發：指用戶線程與垃圾收集線程同時執行?
Parallel Scavenge收集器	新生代	多線程	復制算法	吞吐量優先收集器 目標：控制吞吐量
Serial Old收集器	老年代	單線程	標記整理算法	主要意義也是在于給Client模式下的虛擬機使用
Parallel Old收集器	老年代	多線程	標記整理算法	Parallel Old?是Parallel Scavenge收集器的老年代版本 1.6之后，“吞吐量優先“收集器組合：Parallel Scavenge + Parallel Old
CMS收集器	老年代	多線程	標記-清除算法	目標：最短回收停頓時間 優點：并發收集，低停頓 缺點：CPU資源敏感；無法處理浮動垃圾；內存碎片問題

5.內存分配策略

Minor GC 和 Full GC

• Minor GC：回收新生代，因為新生代對象存活時間很短，因此 Minor GC 會頻繁執行，執行的速度一般也會比較快。
• Full GC：回收老年代和新生代，老年代對象其存活時間長，因此 Full GC 很少執行，執行速度會比 Minor GC 慢很多

1）對象優先在Eden上分配，當Eden上內存不夠時，發起Minor?GC

2）大對象和長期存活的對象進入老年代

3)? 長期存活的對象將進入老年代

3）調用System.gc()時，建議虛擬機執行Full?GC，老年代空間不足也會執行Full?GC

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的后台开发人员面试内容——JVM虚拟机(四)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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