Java 面试知识点解析(三)——JVM篇
- 前言：
在遨游了一番 Java Web 的世界之后，發(fā)現(xiàn)了自己的一些缺失，所以就著一篇深度好文：知名互聯(lián)網(wǎng)公司校招 Java 開發(fā)崗面試知識(shí)點(diǎn)解析?，來好好的對 Java 知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)一番，大部分內(nèi)容參照自這一篇文章，有一些自己補(bǔ)充的，也算是重新學(xué)習(xí)一下 Java 吧。
前序文章鏈接：
Java 面試知識(shí)點(diǎn)解析(一)——基礎(chǔ)知識(shí)篇
Java 面試知識(shí)點(diǎn)解析(二)——高并發(fā)編程篇
（一）JVM 基礎(chǔ)知識(shí)
問題和答案都是自行整理的，所以僅供參考！歡迎指正！
1）Java 是如何實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的？
注意：跨平臺(tái)的是 Java 程序，而不是 JVM。JVM 是用 C/C++ 開發(fā)的，是編譯后的機(jī)器碼，不能跨平臺(tái)，不同平臺(tái)下需要安裝不同版本的 JVM
答：我們編寫的 Java 源碼，編譯后會(huì)生成一種 .class 文件，稱為字節(jié)碼文件。Java 虛擬機(jī)（JVM）就是負(fù)責(zé)將字節(jié)碼文件翻譯成特定平臺(tái)下的機(jī)器碼然后運(yùn)行，也就是說，只要在不同平臺(tái)上安裝對應(yīng)的 JVM，就可以運(yùn)行字節(jié)碼文件，運(yùn)行我們編寫的 Java 程序。
而這個(gè)過程，我們編寫的 Java 程序沒有做任何改變，僅僅是通過 JVM 這一 “中間層” ，就能在不同平臺(tái)上運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)了 “一次編譯，到處運(yùn)行” 的目的。
2）什么是 JVM ？
解析：不僅僅是基本概念，還有 JVM 的作用。
答：JVM，即 Java Virtual Machine，Java 虛擬機(jī)。它通過模擬一個(gè)計(jì)算機(jī)來達(dá)到一個(gè)計(jì)算機(jī)所具有的的計(jì)算功能。JVM 能夠跨計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行 Java 字節(jié)碼，主要是由于 JVM 屏蔽了與各個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)相關(guān)的軟件或者硬件之間的差異，使得與平臺(tái)相關(guān)的耦合統(tǒng)一由 JVM 提供者來實(shí)現(xiàn)。
3）JVM 由哪些部分組成？
解析：這是對 JVM 體系結(jié)構(gòu)的考察
答：JVM 的結(jié)構(gòu)基本上由 4 部分組成：
-
類加載器，在 JVM 啟動(dòng)時(shí)或者類運(yùn)行時(shí)將需要的 class 加載到 JVM 中
-
執(zhí)行引擎，執(zhí)行引擎的任務(wù)是負(fù)責(zé)執(zhí)行 class 文件中包含的字節(jié)碼指令，相當(dāng)于實(shí)際機(jī)器上的 CPU
-
內(nèi)存區(qū)，將內(nèi)存劃分成若干個(gè)區(qū)以模擬實(shí)際機(jī)器上的存儲(chǔ)、記錄和調(diào)度功能模塊，如實(shí)際機(jī)器上的各種功能的寄存器或者 PC 指針的記錄器等
-
本地方法調(diào)用，調(diào)用 C 或 C++ 實(shí)現(xiàn)的本地方法的代碼返回結(jié)果
4）類加載器是有了解嗎？
解析：底層原理的考察，其中涉及到類加載器的概念，功能以及一些底層的實(shí)現(xiàn)。
答：顧名思義，類加載器（class loader）用來加載 Java 類到 Java 虛擬機(jī)中。一般來說，Java 虛擬機(jī)使用 Java 類的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在經(jīng)過 Java 編譯器編譯之后就被轉(zhuǎn)換成 Java 字節(jié)代碼（.class 文件）。
類加載器負(fù)責(zé)讀取 Java 字節(jié)代碼，并轉(zhuǎn)換成 java.lang.Class類的一個(gè)實(shí)例。每個(gè)這樣的實(shí)例用來表示一個(gè) Java 類。通過此實(shí)例的 newInstance()方法就可以創(chuàng)建出該類的一個(gè)對象。實(shí)際的情況可能更加復(fù)雜，比如 Java 字節(jié)代碼可能是通過工具動(dòng)態(tài)生成的，也可能是通過網(wǎng)絡(luò)下載的。
面試官：Java 虛擬機(jī)是如何判定兩個(gè) Java 類是相同的？
答：Java 虛擬機(jī)不僅要看類的全名是否相同，還要看加載此類的類加載器是否一樣。只有兩者都相同的情況，才認(rèn)為兩個(gè)類是相同的。即便是同樣的字節(jié)代碼，被不同的類加載器加載之后所得到的類，也是不同的。比如一個(gè) Java 類 com.example.Sample，編譯之后生成了字節(jié)代碼文件 Sample.class。兩個(gè)不同的類加載器 ClassLoaderA和 ClassLoaderB分別讀取了這個(gè) Sample.class文件，并定義出兩個(gè) java.lang.Class類的實(shí)例來表示這個(gè)類。這兩個(gè)實(shí)例是不相同的。對于 Java 虛擬機(jī)來說，它們是不同的類。試圖對這兩個(gè)類的對象進(jìn)行相互賦值，會(huì)拋出運(yùn)行時(shí)異常 ClassCastException。
5）類加載器是如何加載 class 文件的？
答：下圖所示是 ClassLoader 加載一個(gè) class 文件到 JVM 時(shí)需要經(jīng)過的步驟：
第一個(gè)階段是找到 .class 文件并把這個(gè)文件包含的字節(jié)碼加載到內(nèi)存中
第二階段又可以分為三個(gè)步驟，分別是字節(jié)碼驗(yàn)證、Class 類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析及相應(yīng)的內(nèi)存分配和最后的符號(hào)表的鏈接
第三個(gè)階段是類中靜態(tài)屬性和初始化賦值，以及靜態(tài)塊的執(zhí)行等
面試官：能詳細(xì)講講嗎？
答：
1.加載
查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)加載時(shí)類加載過程的第一個(gè)階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：
- 通過一個(gè)類的全限定名來獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流。
- 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
- 在Java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的 java.lang.Class 對象，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口。
相對于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動(dòng)作）是可控性最強(qiáng)的階段，因?yàn)殚_發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。
加載階段完成后，虛擬機(jī)外部的二進(jìn)制字節(jié)流就按照虛擬機(jī)所需的格式存儲(chǔ)在方法區(qū)之中，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個(gè) java.lang.Class類的對象，這樣便可以通過該對象訪問方法區(qū)中的這些數(shù)據(jù)。
2.連接
驗(yàn)證：確保被加載的類的正確性
驗(yàn)證是連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。驗(yàn)證階段大致會(huì)完成4個(gè)階段的檢驗(yàn)動(dòng)作：
- 文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如：是否以 0xCAFEBABE開頭、主次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型。
- 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析（注意：對比javac編譯階段的語義分析），以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求；例如：這個(gè)類是否有父類，除了 java.lang.Object之外。
- 字節(jié)碼驗(yàn)證：通過數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的。
- 符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行。
驗(yàn)證階段是非常重要的，但不是必須的，它對程序運(yùn)行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，那么可以考慮采用 -Xverifynone 參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載的時(shí)間。
準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值
準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點(diǎn)需要注意：
- ① 這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量會(huì)在對象實(shí)例化時(shí)隨著對象一塊分配在Java堆中。
- ② 這里所設(shè)置的初始值通常情況下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。
假設(shè)一個(gè)類變量的定義為：?public static int value = 3;
那么變量value在準(zhǔn)備階段過后的初始值為 0，而不是 3，因?yàn)檫@時(shí)候尚未開始執(zhí)行任何 Java 方法，而把 value 賦值為 3 的public static指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器?<clinit>（）方法之中的，所以把value賦值為3的動(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行。
這里還需要注意如下幾點(diǎn)：
- 對基本數(shù)據(jù)類型來說，對于類變量（static）和全局變量，如果不顯式地對其賦值而直接使用，則系統(tǒng)會(huì)為其賦予默認(rèn)的零值，而對于局部變量來說，在使用前必須顯式地為其賦值，否則編譯時(shí)不通過。
- 對于同時(shí)被static和final修飾的常量，必須在聲明的時(shí)候就為其顯式地賦值，否則編譯時(shí)不通過；而只被final修飾的常量則既可以在聲明時(shí)顯式地為其賦值，也可以在類初始化時(shí)顯式地為其賦值，總之，在使用前必須為其顯式地賦值，系統(tǒng)不會(huì)為其賦予默認(rèn)零值。
- 對于引用數(shù)據(jù)類型reference來說，如數(shù)組引用、對象引用等，如果沒有對其進(jìn)行顯式地賦值而直接使用，系統(tǒng)都會(huì)為其賦予默認(rèn)的零值，即null。
- 如果在數(shù)組初始化時(shí)沒有對數(shù)組中的各元素賦值，那么其中的元素將根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型而被賦予默認(rèn)的零值。
- ③ 如果類字段的字段屬性表中存在 ConstantValue 屬性，即同時(shí)被 final 和 static 修飾，那么在準(zhǔn)備階段變量 value 就會(huì)被初始化為 ConstValue 屬性所指定的值。
假設(shè)上面的類變量 value 被定義為：?public static final int value = 3;
編譯時(shí) Javac 將會(huì)為 value 生成 ConstantValue 屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會(huì)根據(jù) ConstantValue 的設(shè)置將 value 賦值為 3。我們可以理解為 static final 常量在編譯期就將其結(jié)果放入了調(diào)用它的類的常量池中
解析：把類中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用
解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程，解析動(dòng)作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符7類符號(hào)引用進(jìn)行。符號(hào)引用就是一組符號(hào)來描述目標(biāo)，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。
3.初始化
初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，JVM負(fù)責(zé)對類進(jìn)行初始化，主要對類變量進(jìn)行初始化。在Java中對類變量進(jìn)行初始值設(shè)定有兩種方式：
- ① 聲明類變量是指定初始值
- ② 使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值
JVM初始化步驟
- 1、假如這個(gè)類還沒有被加載和連接，則程序先加載并連接該類
- 2、假如該類的直接父類還沒有被初始化，則先初始化其直接父類
- 3、假如類中有初始化語句，則系統(tǒng)依次執(zhí)行這些初始化語句
類初始化時(shí)機(jī)：只有當(dāng)對類的主動(dòng)使用的時(shí)候才會(huì)導(dǎo)致類的初始化，類的主動(dòng)使用包括以下六種：
- 創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是new的方式
- 訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值
- 調(diào)用類的靜態(tài)方法
- 反射（如 Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
- 初始化某個(gè)類的子類，則其父類也會(huì)被初始化
- Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)被標(biāo)明為啟動(dòng)類的類（ JavaTest），直接使用 java.exe命令來運(yùn)行某個(gè)主類
結(jié)束生命周期
在如下幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期
- 執(zhí)行了 System.exit()方法
- 程序正常執(zhí)行結(jié)束
- 程序在執(zhí)行過程中遇到了異?；蝈e(cuò)誤而異常終止
- 由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致Java虛擬機(jī)進(jìn)程終止
參考文章：jvm系列(一):java類的加載機(jī)制 - 純潔的微笑
7）雙親委派模型（Parent Delegation Model）？
解析：類的加載過程采用雙親委派機(jī)制，這種機(jī)制能更好的保證 Java 平臺(tái)的安全性
答：類加載器 ClassLoader 是具有層次結(jié)構(gòu)的，也就是父子關(guān)系，其中，Bootstrap 是所有類加載器的父親，如下圖所示：
該模型要求除了頂層的 Bootstrap class loader 啟動(dòng)類加載器外，其余的類加載器都應(yīng)當(dāng)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(guān)系來實(shí)現(xiàn)，而是通過組合（Composition）關(guān)系來復(fù)用父加載器的代碼。每個(gè)類加載器都有自己的命名空間（由該加載器及所有父類加載器所加載的類組成，在同一個(gè)命名空間中，不會(huì)出現(xiàn)類的完整名字（包括類的包名）相同的兩個(gè)類；在不同的命名空間中，有可能會(huì)出現(xiàn)類的完整名字（包括類的包名）相同的兩個(gè)類）
面試官：雙親委派模型的工作過程？
答：
1.當(dāng)前 ClassLoader 首先從自己已經(jīng)加載的類中查詢是否此類已經(jīng)加載，如果已經(jīng)加載則直接返回原來已經(jīng)加載的類。
每個(gè)類加載器都有自己的加載緩存，當(dāng)一個(gè)類被加載了以后就會(huì)放入緩存，
等下次加載的時(shí)候就可以直接返回了。
2.當(dāng)前 ClassLoader 的緩存中沒有找到被加載的類的時(shí)候，委托父類加載器去加載，父類加載器采用同樣的策略，首先查看自己的緩存，然后委托父類的父類去加載，一直到 bootstrap ClassLoader.
當(dāng)所有的父類加載器都沒有加載的時(shí)候，再由當(dāng)前的類加載器加載，并將其放入它自己的緩存中，以便下次有加載請求的時(shí)候直接返回。
面試官：為什么這樣設(shè)計(jì)呢？
解析：這是對于使用這種模型來組織累加器的好處
答：主要是為了安全性，避免用戶自己編寫的類動(dòng)態(tài)替換 Java 的一些核心類，比如 String，同時(shí)也避免了重復(fù)加載，因?yàn)?JVM 中區(qū)分不同類，不僅僅是根據(jù)類名，相同的 class 文件被不同的 ClassLoader 加載就是不同的兩個(gè)類，如果相互轉(zhuǎn)型的話會(huì)拋java.lang.ClassCaseException.
參考文章：?JVM 的 工作原理，層次結(jié)構(gòu) 以及 GC工作原理
（二）JVM 內(nèi)存管理
1）JVM 內(nèi)存劃分：
答：
- 運(yùn)行時(shí)常量池：是方法區(qū)的一部分，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號(hào)引用。
堆內(nèi)存（線程共享）：所有線程共享的一塊區(qū)域，垃圾收集器管理的主要區(qū)域。目前主要的垃圾回收算法都是分代收集算法，所以 Java 堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代；再細(xì)致一點(diǎn)的有 Eden 空間、From Survivor 空間、To Survivor 空間等，默認(rèn)情況下新生代按照8:1:1的比例來分配。根據(jù) Java 虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java 堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤一樣。
程序計(jì)數(shù)器： Java 線程私有，類似于操作系統(tǒng)里的 PC 計(jì)數(shù)器，它可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè) Java 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是 Native 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則為空（Undefined）。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域。
虛擬機(jī)棧（棧內(nèi)存）：Java線程私有，虛擬機(jī)展描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的時(shí)候，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量、操作數(shù)、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息；每個(gè)方法調(diào)用都意味著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程；
本地方法棧 ：和Java虛擬機(jī)棧的作用類似，區(qū)別是該區(qū)域?yàn)?JVM 提供使用 native 方法的服務(wù)
2）對象分配規(guī)則？
答：
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對象優(yōu)先分配在Eden區(qū)，如果Eden區(qū)沒有足夠的空間時(shí)，虛擬機(jī)執(zhí)行一次Minor GC。
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大對象直接進(jìn)入老年代（大對象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象）。這樣做的目的是避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝（新生代采用復(fù)制算法收集內(nèi)存）。
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長期存活的對象進(jìn)入老年代。虛擬機(jī)為每個(gè)對象定義了一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，如果對象經(jīng)過了1次Minor GC那么對象會(huì)進(jìn)入Survivor區(qū)，之后每經(jīng)過一次Minor GC那么對象的年齡加1，知道達(dá)到閥值對象進(jìn)入老年區(qū)。
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動(dòng)態(tài)判斷對象的年齡。如果Survivor區(qū)中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象可以直接進(jìn)入老年代。
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空間分配擔(dān)保。每次進(jìn)行Minor GC時(shí)，JVM會(huì)計(jì)算Survivor區(qū)移至老年區(qū)的對象的平均大小，如果這個(gè)值大于老年區(qū)的剩余值大小則進(jìn)行一次Full GC，如果小于檢查HandlePromotionFailure設(shè)置，如果true則只進(jìn)行Monitor GC,如果false則進(jìn)行Full GC。
3）Java 的內(nèi)存模型：
答：
Java 虛擬機(jī)規(guī)范中試圖定義一種 Java 內(nèi)存模型（Java Memory Model, JMM）來屏蔽掉各層硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異，以實(shí)現(xiàn)讓 Java 程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問效果。
Java 內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存（Main Memory）中。每條線程還有自己的工作內(nèi)存（Working Memory），線程的工作內(nèi)存中保存了被該線程使用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線程對變量的所有操作（讀取、賦值等）都必須在主內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量。不同的線程之間也無法直接訪問對方工作內(nèi)存中的變量，線程間的變量值的傳遞均需要通過主內(nèi)存來完成，線程、主內(nèi)存、工作內(nèi)存三者的關(guān)系如上圖。
面試官：兩個(gè)線程之間是如何通信的呢？
答：在共享內(nèi)存的并發(fā)模型里，線程之間共享程序的公共狀態(tài)，線程之間通過寫-讀內(nèi)存中的公共狀態(tài)來隱式進(jìn)行通信，典型的共享內(nèi)存通信方式就是通過共享對象進(jìn)行通信。
例如上圖線程 A 與 線程 B 之間如果要通信的話，那么就必須經(jīng)歷下面兩個(gè)步驟：
- 1.首先，線程 A 把本地內(nèi)存 A 更新過得共享變量刷新到主內(nèi)存中去
- 2.然后，線程 B 到主內(nèi)存中去讀取線程 A 之前更新過的共享變量
在消息傳遞的并發(fā)模型里，線程之間沒有公共狀態(tài)，線程之間必須通過明確的發(fā)送消息來顯式進(jìn)行通信，在 Java 中典型的消息傳遞方式就是 wait() 和 notify()。
5）內(nèi)存屏障？
解析：在這之前應(yīng)該對重排序的問題有所了解，這里我找到一篇很好的文章分享一下：Java內(nèi)存訪問重排序的研究
答：內(nèi)存屏障，又稱內(nèi)存柵欄，是一組處理器指令，用于實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存操作的順序限制。
面試官：內(nèi)存屏障為何重要？
答：對主存的一次訪問一般花費(fèi)硬件的數(shù)百次時(shí)鐘周期。處理器通過緩存（caching）能夠從數(shù)量級上降低內(nèi)存延遲的成本這些緩存為了性能重新排列待定內(nèi)存操 作的順序。也就是說，程序的讀寫操作不一定會(huì)按照它要求處理器的順序執(zhí)行。當(dāng)數(shù)據(jù)是不可變的，同時(shí)/或者數(shù)據(jù)限制在線程范圍內(nèi)，這些優(yōu)化是無害的。如果把 這些優(yōu)化與對稱多處理（symmetric multi-processing）和共享可變狀態(tài)（shared mutable state）結(jié)合，那么就是一場噩夢。當(dāng)基于共享可變狀態(tài)的內(nèi)存操作被重新排序時(shí)，程序可能行為不定。一個(gè)線程寫入的數(shù)據(jù)可能被其他線程可見，原因是數(shù)據(jù) 寫入的順序不一致。適當(dāng)?shù)姆胖脙?nèi)存屏障通過強(qiáng)制處理器順序執(zhí)行待定的內(nèi)存操作來避免這個(gè)問題。
5）類似-Xms、-Xmn這些參數(shù)的含義：
答：
堆內(nèi)存分配：
非堆內(nèi)存分配：
6）內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出
答：
概念：
內(nèi)存泄漏的原因分析：
小結(jié)：本小節(jié)涉及到 JVM 虛擬機(jī)，包括對內(nèi)存的管理等知識(shí)，相對較深。除了以上問題，面試官會(huì)繼續(xù)問你一些比較深的問題，可能也是為了看看你的極限在哪里吧。比如：內(nèi)存調(diào)優(yōu)、內(nèi)存管理，是否遇到過內(nèi)存泄露的實(shí)際案例、是否真正關(guān)心過內(nèi)存等。
7）簡述一下 Java 中創(chuàng)建一個(gè)對象的過程？
解析：回答這個(gè)問題首先就要清楚類的生命周期
答：下圖展示的是類的生命周期流向：
Java中對象的創(chuàng)建就是在堆上分配內(nèi)存空間的過程，此處說的對象創(chuàng)建僅限于new關(guān)鍵字創(chuàng)建的普通Java對象，不包括數(shù)組對象的創(chuàng)建。
大致過程如下：
1.檢測類是否被加載：
當(dāng)虛擬機(jī)執(zhí)行到new時(shí)，會(huì)先去常量池中查找這個(gè)類的符號(hào)引用。如果能找到符號(hào)引用，說明此類已經(jīng)被加載到方法區(qū)（方法區(qū)存儲(chǔ)虛擬機(jī)已經(jīng)加載的類的信息），可以繼續(xù)執(zhí)行；如果找不到符號(hào)引用，就會(huì)使用類加載器執(zhí)行類的加載過程，類加載完成后繼續(xù)執(zhí)行。
2.為對象分配內(nèi)存：
類加載完成以后，虛擬機(jī)就開始為對象分配內(nèi)存，此時(shí)所需內(nèi)存的大小就已經(jīng)確定了。只需要在堆上分配所需要的內(nèi)存即可。
具體的分配內(nèi)存有兩種情況：第一種情況是內(nèi)存空間絕對規(guī)整，第二種情況是內(nèi)存空間是不連續(xù)的。
- 對于內(nèi)存絕對規(guī)整的情況相對簡單一些，虛擬機(jī)只需要在被占用的內(nèi)存和可用空間之間移動(dòng)指針即可，這種方式被稱為指針碰撞。
- 對于內(nèi)存不規(guī)整的情況稍微復(fù)雜一點(diǎn)，這時(shí)候虛擬機(jī)需要維護(hù)一個(gè)列表，來記錄哪些內(nèi)存是可用的。分配內(nèi)存的時(shí)候需要找到一個(gè)可用的內(nèi)存空間，然后在列表上記錄下已被分配，這種方式成為空閑列表。
分配內(nèi)存的時(shí)候也需要考慮線程安全問題，有兩種解決方案：
- 第一種是采用同步的辦法，使用CAS來保證操作的原子性。
- 另一種是每個(gè)線程分配內(nèi)存都在自己的空間內(nèi)進(jìn)行，即是每個(gè)線程都在堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，稱為本地線程分配緩沖（TLAB），分配內(nèi)存的時(shí)候再TLAB上分配，互不干擾。
3.為分配的內(nèi)存空間初始化零值：
對象的內(nèi)存分配完成后，還需要將對象的內(nèi)存空間都初始化為零值，這樣能保證對象即使沒有賦初值，也可以直接使用。
4.對對象進(jìn)行其他設(shè)置：
分配完內(nèi)存空間，初始化零值之后，虛擬機(jī)還需要對對象進(jìn)行其他必要的設(shè)置，設(shè)置的地方都在對象頭中，包括這個(gè)對象所屬的類，類的元數(shù)據(jù)信息，對象的hashcode，GC分代年齡等信息。
5.執(zhí)行 init 方法：
執(zhí)行完上面的步驟之后，在虛擬機(jī)里這個(gè)對象就算創(chuàng)建成功了，但是對于Java程序來說還需要執(zhí)行init方法才算真正的創(chuàng)建完成，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候?qū)ο笾皇潜怀跏蓟阒盗?#xff0c;還沒有真正的去根據(jù)程序中的代碼分配初始值，調(diào)用了init方法之后，這個(gè)對象才真正能使用。
到此為止一個(gè)對象就產(chǎn)生了，這就是new關(guān)鍵字創(chuàng)建對象的過程。過程如下：
參考文章：Java創(chuàng)建對象的過程簡介
面試官：對象的內(nèi)存布局是怎樣的？
答：對象的內(nèi)存布局包括三個(gè)部分：對象頭，實(shí)例數(shù)據(jù)和對齊填充。
-
對象頭：對象頭包括兩部分信息，第一部分是存儲(chǔ)對象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼，GC分代年齡，鎖狀態(tài)標(biāo)志，線程持有的鎖等等。第二部分是類型指針，即對象指向類元數(shù)據(jù)的指針。
-
實(shí)例數(shù)據(jù)：就是數(shù)據(jù)啦
-
對齊填充：不是必然的存在，就是為了對齊的嘛
面試官：對象是如何定位訪問的？
答：對象的訪問定位有兩種：句柄定位和直接指針
- 句柄定位：Java 堆會(huì)畫出一塊內(nèi)存來作為句柄池，reference中存儲(chǔ)的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息
- 直接指針訪問：java堆對象的不居中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，而reference中存儲(chǔ)的直接就是對象地址
比較：使用直接指針就是速度快，使用句柄reference指向穩(wěn)定的句柄，對象被移動(dòng)改變的也只是句柄中實(shí)例數(shù)據(jù)的指針，而reference本身并不需要修改。
參考文章：JAVA對象創(chuàng)建的過程
（三）GC 相關(guān)
1）如何判斷一個(gè)對象是否已經(jīng)死去？
答：
引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對象有一個(gè)引用計(jì)數(shù)屬性，新增一個(gè)引用時(shí)計(jì)數(shù)加1，引用釋放時(shí)計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)為0時(shí)可以回收。此方法簡單，無法解決對象相互循環(huán)引用的問題。
可達(dá)性分析（Reachability Analysis）：從GC Roots開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對象是不可用的。不可達(dá)對象。
2）垃圾回收算法有哪些？
答：
引用計(jì)數(shù)：
原理是此對象有一個(gè)引用，即增加一個(gè)計(jì)數(shù)，刪除一個(gè)引用則減少一個(gè)計(jì)數(shù)。垃圾回收時(shí)，只用收集計(jì)數(shù)為0的對象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。
標(biāo)記-清除：
此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把未標(biāo)記的對象清除。此算法需要暫停整個(gè)應(yīng)用，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
此算法把內(nèi)存空間劃為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。此算法每次只處理正在使用中的對象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問題。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。
此算法結(jié)合了 “標(biāo)記-清除” 和 “復(fù)制” 兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用對象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對象并且把存活對象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了 “標(biāo)記-清除” 的碎片問題，同時(shí)也避免了 “復(fù)制” 算法的空間問題。
- 分代收集算法并沒有提出新的思想，只是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃為幾塊。一般Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/li>
- 在新生袋中每次垃圾手機(jī)時(shí)都會(huì)由大批對象死去，只有少量存活，那就用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以。老年代中對象存活率高、沒有額外擔(dān)保，所以必須使用“標(biāo)記-清理”或者“標(biāo)記整理算法。
參考文章：jvm系列(三):GC算法 垃圾收集器——純潔的微笑
3）GC什么時(shí)候開始？
答：GC經(jīng)常發(fā)生的區(qū)域是堆區(qū)，堆區(qū)還可以細(xì)分為新生代、老年代，新生代還分為一個(gè)Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)。
對象優(yōu)先在Eden中分配，當(dāng)Eden中沒有足夠空間時(shí)，虛擬機(jī)將發(fā)生一次Minor GC，因?yàn)镴ava大多數(shù)對象都是朝生夕滅，所以Minor GC非常頻繁，而且速度也很快；
Full GC，發(fā)生在老年代的GC，當(dāng)老年代沒有足夠的空間時(shí)即發(fā)生Full GC，發(fā)生Full GC一般都會(huì)有一次Minor GC。大對象直接進(jìn)入老年代，如很長的字符串?dāng)?shù)組，虛擬機(jī)提供一個(gè)-XX:PretenureSizeThreadhold參數(shù)，令大于這個(gè)參數(shù)值的對象直接在老年代中分配，避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝；
發(fā)生Minor GC時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)檢測之前每次晉升到老年代的平均大小是否大于老年代的剩余空間大小，如果大于，則進(jìn)行一次Full GC，如果小于，則查看HandlePromotionFailure設(shè)置是否允許擔(dān)保失敗，如果允許，那只會(huì)進(jìn)行一次Minor GC，如果不允許，則改為進(jìn)行一次Full GC。
4）引用的分類？
答：
-
強(qiáng)引用：通過new出來的引用，只要強(qiáng)引用還存在，則不會(huì)回收。
-
軟引用：通過SoftReference類來實(shí)現(xiàn)，用來描述一些有用但非必須的對象。在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，會(huì)把這些對象回收了，如果這次回收還是內(nèi)存不夠的話，才拋出內(nèi)存溢出異常。
-
弱引用：非必須對象，通過WeakReference類來實(shí)現(xiàn)，被弱引用引用的對象，只要已發(fā)生GC就會(huì)把它干掉。
-
虛引用：通過PhantomReference類來實(shí)現(xiàn)，無法通過徐引用獲得對象的實(shí)例，唯一作用就是在這個(gè)對象被GC時(shí)會(huì)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。
擴(kuò)展閱讀：重新認(rèn)識(shí)java（一） ---- 萬物皆對象?，文章中有對這四個(gè)引用有詳細(xì)的描述，還有一些典型的應(yīng)用，這里就不摘過來啦...
5）垃圾收集器？
解析：如果說收集算法是內(nèi)存回收的方法論，垃圾收集器就是內(nèi)存回收的具體實(shí)現(xiàn)
答：
1. Serial 收集器
串行收集器是最古老，最穩(wěn)定以及效率高的收集器，可能會(huì)產(chǎn)生較長的停頓，只使用一個(gè)線程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮；垃圾收集的過程中會(huì) Stop The World（服務(wù)暫停）
參數(shù)控制：?-XX:+UseSerialGC?串行收集器
2.ParNew 收集器
ParNew收集器 ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本。新生代并行，老年代串行；新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮
參數(shù)控制：
-XX:+UseParNewGC?ParNew收集器
-XX:ParallelGCThreads?限制線程數(shù)量
3.Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器類似ParNew收集器，Parallel收集器更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量?？梢酝ㄟ^參數(shù)來打開自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況收集性能監(jiān)控信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的停頓時(shí)間或最大的吞吐量；也可以通過參數(shù)控制GC的時(shí)間不大于多少毫秒或者比例；新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮
參數(shù)控制：?-XX:+UseParallelGC?使用Parallel收集器+ 老年代串行
4.Parallel Old 收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記－整理”算法。這個(gè)收集器是在 JDK 1.6 中才開始提供
參數(shù)控制：?-XX:+UseParallelOldGC?使用Parallel收集器+ 老年代并行
5.CMS收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。目前很大一部分的Java應(yīng)用都集中在互聯(lián)網(wǎng)站或B/S系統(tǒng)的服務(wù)端上，這類應(yīng)用尤其重視服務(wù)的響應(yīng)速度，希望系統(tǒng)停頓時(shí)間最短，以給用戶帶來較好的體驗(yàn)。
從名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的，它的運(yùn)作過程相對于前面幾種收集器來說要更復(fù)雜一些，整個(gè)過程分為4個(gè)步驟，包括：
- 初始標(biāo)記（CMS initial mark）
- 并發(fā)標(biāo)記（CMS concurrent mark）
- 重新標(biāo)記（CMS remark）
- 并發(fā)清除（CMS concurrent sweep）
其中初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要“Stop The World”。初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段就是進(jìn)行GC Roots Tracing的過程，而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長一些，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記的時(shí)間短。
由于整個(gè)過程中耗時(shí)最長的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程中，收集器線程都可以與用戶線程一起工作，所以總體上來說，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)地執(zhí)行。老年代收集器（新生代使用ParNew）
優(yōu)點(diǎn):?并發(fā)收集、低停頓
缺點(diǎn):?產(chǎn)生大量空間碎片、并發(fā)階段會(huì)降低吞吐量
參數(shù)控制：
-XX:+UseConcMarkSweepGC?使用CMS收集器
-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection?Full GC后，進(jìn)行一次碎片整理；整理過程是獨(dú)占的，會(huì)引起停頓時(shí)間變長
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction?設(shè)置進(jìn)行幾次Full GC后，進(jìn)行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads?設(shè)定CMS的線程數(shù)量（一般情況約等于可用CPU數(shù)量）
6.G1收集器
G1是目前技術(shù)發(fā)展的最前沿成果之一，HotSpot開發(fā)團(tuán)隊(duì)賦予它的使命是未來可以替換掉JDK1.5中發(fā)布的CMS收集器。與CMS收集器相比G1收集器有以下特點(diǎn)：
空間整合，G1收集器采用標(biāo)記整理算法，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片。分配大對象時(shí)不會(huì)因?yàn)闊o法找到連續(xù)空間而提前觸發(fā)下一次GC。
可預(yù)測停頓，這是G1的另一大優(yōu)勢，降低停頓時(shí)間是G1和CMS的共同關(guān)注點(diǎn)，但G1除了追求低停頓外，還能建立可預(yù)測的停頓時(shí)間模型，能讓使用者明確指定在一個(gè)長度為N毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時(shí)間不得超過N毫秒，這幾乎已經(jīng)是實(shí)時(shí)Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。
上面提到的垃圾收集器，收集的范圍都是整個(gè)新生代或者老年代，而G1不再是這樣。使用G1收集器時(shí)，Java堆的內(nèi)存布局與其他收集器有很大差別，它將整個(gè)Java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），雖然還保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔閡了，它們都是一部分（可以不連續(xù)）Region的集合。
G1的新生代收集跟ParNew類似，當(dāng)新生代占用達(dá)到一定比例的時(shí)候，開始出發(fā)收集。和CMS類似，G1收集器收集老年代對象會(huì)有短暫停頓。
收集步驟：
1、標(biāo)記階段，首先初始標(biāo)記(Initial-Mark),這個(gè)階段是停頓的(Stop the World Event)，并且會(huì)觸發(fā)一次普通Mintor GC。對應(yīng)GC log:GC pause (young) (inital-mark)
2、Root Region Scanning，程序運(yùn)行過程中會(huì)回收survivor區(qū)(存活到老年代)，這一過程必須在young GC之前完成。
3、Concurrent Marking，在整個(gè)堆中進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記(和應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行)，此過程可能被young GC中斷。在并發(fā)標(biāo)記階段，若發(fā)現(xiàn)區(qū)域?qū)ο笾械乃袑ο蠖际抢?#xff0c;那個(gè)這個(gè)區(qū)域會(huì)被立即回收(圖中打X)。同時(shí)，并發(fā)標(biāo)記過程中，會(huì)計(jì)算每個(gè)區(qū)域的對象活性(區(qū)域中存活對象的比例)。
4、Remark, 再標(biāo)記，會(huì)有短暫停頓(STW)。再標(biāo)記階段是用來收集 并發(fā)標(biāo)記階段 產(chǎn)生新的垃圾(并發(fā)階段和應(yīng)用程序一同運(yùn)行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
5、Copy/Clean up，多線程清除失活對象，會(huì)有STW。G1將回收區(qū)域的存活對象拷貝到新區(qū)域，清除Remember Sets，并發(fā)清空回收區(qū)域并把它返回到空閑區(qū)域鏈表中。
6、復(fù)制/清除過程后。回收區(qū)域的活性對象已經(jīng)被集中回收到深藍(lán)色和深綠色區(qū)域。
參考文章：jvm系列(三):GC算法 垃圾收集器——純潔的微笑
（四）其他 JVM 相關(guān)面試題整理
1）64 位 JVM 中，int 的長度是多數(shù)？
答：Java 中，int 類型變量的長度是一個(gè)固定值，與平臺(tái)無關(guān)，都是 32 位或者 4 個(gè)字節(jié)。意思就是說，在 32 位 和 64 位 的Java 虛擬機(jī)中，int 類型的長度是相同的。
2）怎樣通過 Java 程序來判斷 JVM 是 32 位 還是 64 位？
答：Sun有一個(gè)Java System屬性來確定JVM的位數(shù)：32或64：
sun.arch.data.model=32 // 32 bit JVM sun.arch.data.model=64 // 64 bit JVM我可以使用以下語句來確定 JVM 是 32 位還是 64 位：
System.getProperty("sun.arch.data.model")3）32 位 JVM 和 64 位 JVM 的最大堆內(nèi)存分別是多數(shù)？
答：理論上說上 32 位的 JVM 堆內(nèi)存可以到達(dá) 2^32，即 4GB，但實(shí)際上會(huì)比這個(gè)小很多。不同操作系統(tǒng)之間不同，如 Windows 系統(tǒng)大約 1.5 GB，Solaris 大約 3GB。64 位 JVM允許指定最大的堆內(nèi)存，理論上可以達(dá)到 2^64，這是一個(gè)非常大的數(shù)字，實(shí)際上你可以指定堆內(nèi)存大小到 100GB。甚至有的 JVM，如 Azul，堆內(nèi)存到 1000G 都是可能的。
4）你能保證 GC 執(zhí)行嗎？
答：不能，雖然你可以調(diào)用 System.gc() 或者 Runtime.gc()，但是沒有辦法保證 GC 的執(zhí)行。
5）怎么獲取 Java 程序使用的內(nèi)存？堆使用的百分比？
答：可以通過 java.lang.Runtime 類中與內(nèi)存相關(guān)方法來獲取剩余的內(nèi)存，總內(nèi)存及最大堆內(nèi)存。通過這些方法你也可以獲取到堆使用的百分比及堆內(nèi)存的剩余空間。Runtime.freeMemory() 方法返回剩余空間的字節(jié)數(shù)，Runtime.totalMemory() 方法總內(nèi)存的字節(jié)數(shù)，Runtime.maxMemory() 返回最大內(nèi)存的字節(jié)數(shù)。
6）Java 中堆和棧有什么區(qū)別？
答：JVM 中堆和棧屬于不同的內(nèi)存區(qū)域，使用目的也不同。棧常用于保存方法幀和局部變量，而對象總是在堆上分配。棧通常都比堆小，也不會(huì)在多個(gè)線程之間共享，而堆被整個(gè) JVM 的所有線程共享。
小結(jié)：JVM 是自己之前沒有去了解過得知識(shí)，所以這次寫這篇文章寫了很久，也學(xué)到了很多東西；在考慮要不要開微信公眾號(hào)來著...
參考資料：
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java 面试知识点解析(三)——JVM篇的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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