柚子快報邀請碼778899分享：JVM問答

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零、JVM概述

1. 如何理解Java語言的跨平臺性

Java語言跨平臺是因為JVM是跨平臺的，.java文件被編譯成.class字節(jié)碼文件后，可以在各個平臺的JVM上運行，將其編譯成對應(yīng)平臺的機器碼。JVM從軟件層面屏蔽不同操作系統(tǒng)上再底層硬件與指令的區(qū)別，實現(xiàn)“一次編譯，到處運行”。

2. 如何理解JVM的語言無關(guān)性

各語言文件被各自的編譯器編譯成符合字節(jié)碼規(guī)范的.class文件，而JVM只關(guān)心自己接收的這個字節(jié)碼文件。所以各語言只要能編譯成符合字節(jié)碼規(guī)范的.class文件，就能在JVM上運行，使用JVM的許多功能。

3. 什么是JVM的解釋執(zhí)行

首先字節(jié)碼文件被加載到JVM中，在執(zhí)行引擎部分將字節(jié)碼指令逐行解釋執(zhí)行為本地機器碼指令。這個過程會用到程序計數(shù)器，記錄下一條應(yīng)該執(zhí)行哪一條字節(jié)碼指令。

4. 什么是JIT

解釋執(zhí)行的速度較慢，在JVM中存在一種情況，如果某一條字節(jié)碼指令是熱點代碼（調(diào)用次數(shù)多，JVM會判定其為熱點代碼），JIT即時解釋器會將其直接編譯為本地機器指令，不需要再逐行執(zhí)行，提高執(zhí)行效率。

一、類加載器

1. 類的加載過程是怎樣的？介紹一下類加載機制？

首先，類的加載機制就是將class文件加載到JVM內(nèi)存中，經(jīng)過一系列操作形成可以在JVM中可以使用的Java類型。

類的加載過程可以大致分為三個階段：加載、鏈接、初始化。

(1). 在加載階段，通過類的全限定名，獲取類的二進制字節(jié)流，將其轉(zhuǎn)化為某種靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存到運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)中，轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并在堆中創(chuàng)建一個代表這個類的class對象，用來封裝類在方法區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，作為訪問方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的入口。（先找——>存進來——>創(chuàng)建訪問入口）

(2). 在鏈接階段，又可以分為三個部分：驗證、準備、解析

通過文件格式、元數(shù)據(jù)、字節(jié)碼、符號音樂驗證，確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當前虛擬機要求，保證被加載類的正確性，不會危害虛擬機自身安全。 在準備階段為靜態(tài)變量分配內(nèi)存（方法區(qū)）并設(shè)置默認的初始值（零值）。 解析階段會把類中的符號引用替換為直接引用，比如A類中引用了B，class文件包含了B的符號引用，用一個字符串代表B的地址。在運行階段，A進行了類加載，在解析階段發(fā)現(xiàn)B還未加載，會觸發(fā)B的類加載，將B加載到JVM中，此時A中B的符號引用會被替換成B的實際地址，即為直接引用，這樣A就能真正的調(diào)用B。但解析階段有時會發(fā)生在初始化之后，即動態(tài)解析。在Java中通過后期綁定的方式實現(xiàn)多態(tài)。如果A調(diào)用的B是一個具體的實現(xiàn)類，就稱為靜態(tài)解析，因為解析的目標類型很明確。而如果使用了多態(tài)，這里的B可能是一個抽象類或接口，B可能有多個具體的實現(xiàn)類，此時B的具體實現(xiàn)并不明確，也就不知道使用哪個具體類的直接引用來進行替換。所以會等到運行的時候發(fā)生了調(diào)用，JVM棧中會得到具體的類型信息，這時候再進行解析，就能用明確的直接引用替換符號引用。

(3). 在初始化階段，對類中的靜態(tài)變量和成員變量初始化為指定的值，執(zhí)行靜態(tài)代碼塊。如果有直接的父類，會先初始化父類。

2. 說明幾種類加載器

(1). 啟動類加載器Bootstrap ClassLoader：加載JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或者Xbootclasspath選項指定的jar包

(2). 擴展類加載器ExtClassLoader：加載擴展功能的一些jar包，包括JAVA HOME中jre/lib/*.jar 或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包

(3).?系統(tǒng)/應(yīng)用程序類加載器AppClassLoader：加載classpath中指定的jar包及Djava.class.path所指定目錄下的類和jar包

(4).?自定義類加載器Custom ClassLoader：通過繼承java.lang.ClassLoader，自定義類加載器，把自定義的類加載邏輯寫在findClass()方法中

3. 介紹一下雙親委派機制

雙親委派機制可以概括為向上檢查，向下委派。

如果一個類加載器收到了類加載請求，它并不會自己先去加載。而是把這個請求委托給父類的加載器去執(zhí)行。

如果父類加載器還存在其父類加載器，則進一步向上委托，依次遞歸，請求最終將達到頂層的啟動類加載器。

如果父類的加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回，倘若父類加載器無法完成此加載任務(wù)，子加載器才會嘗試自己去加載，逐級向下。如果都不能加載，拋出異常ClassNotFoundException。

優(yōu)點是可以避免類的重復(fù)加載，保護程序安全，防止核心API被篡改。

4. 介紹一下沙箱安全機制

JVM系列（四）：沙箱安全機制筆記_jvm沙箱-CSDN博客

沙箱是Java安全模型的核心。

沙箱是一個限制程序運行的環(huán)境，主要限制系統(tǒng)資源訪問。

沙箱機制就是將 Java 代碼限定在JVM特定的運行范圍中，并且嚴格限制代碼對本地系統(tǒng)資源訪問，通過這樣的措施來保證對代碼的有效隔離，防止對本地系統(tǒng)造成破壞。比如不授信的遠程代碼。

????????多線程共享方法區(qū)（堆外內(nèi)存或元空間）和堆，程序計數(shù)器、虛擬機棧、本地方法棧每個線程各一份。?

二、程序計數(shù)器：?

5.?使用程序計數(shù)器存儲字節(jié)碼指令地址的作用？為什么使用程序計數(shù)器記錄當前線程的執(zhí)行地址？

因為CPU需要不停地切換各個線程，而切換回來以后，必須知道接著從哪開始繼續(xù)執(zhí)行。JVM的字節(jié)碼解釋器就需要通過改變程序計數(shù)器的值來明確下一條應(yīng)該執(zhí)行什么字節(jié)碼指令。

6.?程序計數(shù)器為什么設(shè)計成線程私有？

所謂的多線程并發(fā)，在一個特定時間段只會執(zhí)行其中一個線程的方法（CPU時間片），CPU會不停地做任務(wù)切換，必然導(dǎo)致經(jīng)常中斷和恢復(fù)。為了能夠準確地記錄各個線程下一條要執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址，最好的的辦法就是為每個線程都分配一個獨立的程序計數(shù)器，各個線程進行獨立計算，不會互相干擾。

三、虛擬機棧?

7. 舉例棧溢出StackOverFlowError的情況

出現(xiàn)棧溢出是因為虛擬機棧的大小固定，使用-Xss 設(shè)置線程的最大?？臻g，當線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將會拋出StackOverFlow異常，比如遞歸，棧幀太多導(dǎo)致棧溢出。

虛擬機棧的大小還可以動態(tài)擴展，但當線程太多，虛擬機棧也很多，導(dǎo)致擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常。

8. 調(diào)整棧的大小，就能保證不出現(xiàn)溢出嗎？

不能。理論上只是讓棧溢出發(fā)生的晚一點。

9. 分配的棧內(nèi)存越大越好嗎？

不是。

會讓棧溢出發(fā)生的晚一點，但內(nèi)存空間是有限的，虛擬機棧擠占空間，線程數(shù)變少。

10. 垃圾回收是否涉及虛擬機棧？通過垃圾回收避免棧溢出可行嗎？

不涉及，不可行。

虛擬機棧通過出棧的方式，可以理解為是虛擬機棧的“垃圾回收”，不必去顯式的垃圾回收。

11.方法中定義的局部變量是否線程安全？?

具體問題具體分析?？瓷芷冢袥]有和外部有交集。

如果這個變量的作用域只在方法內(nèi)，就是安全的。作用域不止在方法內(nèi)部，不是內(nèi)部產(chǎn)生的，傳參進來的或返回給上層調(diào)用的，生命周期沒有結(jié)束，就不是線程安全的。

逃逸分析

四、堆

1.? 對象一定在堆中創(chuàng)建嗎？

幾乎所有對象都在堆中創(chuàng)建，但不絕對。

在new對象時，首先會判斷這段代碼是否是熱點代碼。如果不是熱點代碼，該對象在堆中創(chuàng)建。如果是熱點代碼，則會觸發(fā)JIT即時編譯，在即時編譯器內(nèi)部有一些優(yōu)化技術(shù)，比如可以判斷new的這個對象是否會逃逸（逃逸出這個方法或者這個線程，被外部的方法或線程訪問）。如果會發(fā)生逃逸，則該對象在堆中創(chuàng)建。如果不會發(fā)生逃逸，再判斷能不能開啟標量替換（堆中對象的成員變量能不能在棧中進行替換），如果能替換，對象會在棧上分配，如果不能替換，則該對象在堆中分配。

2. 什么是堆內(nèi)存？堆內(nèi)存包含哪些部分？

3. 什么是內(nèi)存溢出？

4. 什么是內(nèi)存泄漏？與內(nèi)存溢出的區(qū)別？?

垃圾回收

1. 十種垃圾回收器

1. Serial和Serial Old是JVM最初的垃圾回收器，分別處理堆中的新生代和老年代區(qū)域，是單線程獨占式的垃圾回收器，垃圾回收的速度也相對較慢，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。

JVM又誕生了多線程垃圾回收器。

2. jdk 1.8 版本默認是Parallel Scavenge和Parallel Old這對組合分別處理新生代和老年代，是Java8吞吐量最高的。

3. 如果想要減少垃圾回收的停頓時間，可以使用CMS垃圾回收器處理老年代，對應(yīng)處理新生代的組合是ParNew。之前的垃圾回收都是通過暫停線程來進行的，而CMS進來減少業(yè)務(wù)線程的暫停，從而達到最小的停頓時間。但CMS也有一些問題，比如浮動垃圾、內(nèi)存碎片。所以JVM又發(fā)展出了G1垃圾回收器。

4. G1垃圾回收器不再嚴格的區(qū)分新生代和老年代，而在內(nèi)部有一個分區(qū)模型（比如堆有2G的空間，分1000個大小相等相互獨立的區(qū)，每個區(qū)2兆，在這個2兆的區(qū)空間進行垃圾回收），從Java9開始，G1成為JVM默認的垃圾回收器。但G1的問題是無法應(yīng)對堆空間特別大的情況，此時應(yīng)該使用ZGC垃圾回收器。

5. ZGC是一種針對大空間的垃圾回收器，同時它的停頓時間非常短，可以在1ms以內(nèi)，幾乎感受不到，可以很廣泛的滿足業(yè)務(wù)需求，尤其是對延遲要求高的系統(tǒng)。

6. Shenandoah垃圾回收器與ZGC相似，區(qū)別在于它是外部引入的，加入到JVM中的。

7. Eplison一般不用于垃圾回收，主要用于調(diào)試、測試JVM功能是否正常。

2. 介紹一下CMS垃圾回收器

3. 介紹一下G1垃圾回收器

4. 介紹一下JVM中的垃圾回收算法

JVM從誕生到現(xiàn)在共有三種垃圾回收算法：復(fù)制算法、標記清除算法、標記整理算法。

復(fù)制算法：將可用的內(nèi)存一分為二，然后先只使用其中一塊，每次在垃圾回收時，只需清理這一部分內(nèi)存，再將存活的對象復(fù)制到另一塊空的內(nèi)存中。優(yōu)點是效率較高，適用于新生代；缺點是空間利用率只有50%。 標記清除算法：根據(jù)可達性分析進行標記：可回收、不可回收、未分配三種狀態(tài)。每次在垃圾回收時，清理被標記為可回收的垃圾。優(yōu)點是空間利用率比復(fù)制算法高；缺點是垃圾回收后，內(nèi)存區(qū)域不連續(xù)，存在內(nèi)存碎片的問題，可能會導(dǎo)致命名內(nèi)存空間足夠，但無法分配給大對象。 標記整理算法：在標記清除算法的基礎(chǔ)上，在垃圾回收后，將存活對象移動到堆的一端，完成內(nèi)存的整理。優(yōu)點是空間利用率較好，沒有內(nèi)存碎片；缺點是效率低。

5. 什么是可達性分析算法？

進行垃圾回收之前，首先要判斷這個對象是否存活、是不是垃圾。JVM默認使用可達性分析算法來進行判斷。

可達性分析算法會創(chuàng)建一些根，根的集合稱為GC Roots，主要包括局部變量、靜態(tài)變量、常量、JNI指針。在進行垃圾回收時，JVM會先找到這四種類型的對象，進行可達性的鏈路分析。如果堆中的對象存在和這四種對象的鏈路，則判斷為可達，不是垃圾，不進行回收；不可達的將視為垃圾被回收。

可達性分析算法顯著優(yōu)于引用計數(shù)算法的地方在于：可以解決對象間循環(huán)引用（成環(huán)）的問題。

6. 什么是垃圾回收中的STW？

STW全稱為Stop The Word，指的是垃圾回收過程中的暫停。

在業(yè)務(wù)線程運行時，觸發(fā)了垃圾回收，此時需要暫停業(yè)務(wù)線程，啟動垃圾回收相關(guān)的線程，完成垃圾回收、空間清理操作。當垃圾回收執(zhí)行完畢，重新開始業(yè)務(wù)線程。業(yè)務(wù)線程暫停的這段時間就是STW，會造成業(yè)務(wù)的卡頓，需盡量減少這段停頓時間。（ZGC垃圾回收器的主要目的就是減少STW）

7. 介紹一下JVM的分代模型?

JVM有三種垃圾回收算法，各有所長各有所短。JVM為了保證垃圾回收的效率，不會單一使用某一個垃圾回收算法，而是使用分代模型，將堆空間分為新生代（Eden、From、To）和老年代。

絕大部分對象是“朝生夕死”，復(fù)制算法的效率最高，所以在新生代使用復(fù)制算法。如果某個對象，在經(jīng)歷了15次垃圾回收仍然存活，說明其下一次被回收的幾率很小，不適合再使用復(fù)制算法來回復(fù)制了，需要再劃分出一塊區(qū)域稱為老年代，用來存放多次垃圾回收仍然沒有被回收的對象，使用標記清除算法或標記整理算法。

分代模型可以在不同的代里面采樣不同的垃圾回收算法，確保整體垃圾回收的高效。

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