【Java面试知识点】Java虚拟机

JVM

内存模型、垃圾回收机制、类加载机制
参考

---

Java中垃圾回收有什么目的？什么时候进行垃圾回收？

垃圾回收是在内存中存在没有引用的对象或超过作用域的对象时进行。
垃圾回收的目的是识别并且丢弃应用不再使用的对象来释放和重用资源。

---

System.gc()和Runtime.gc()会做什么事情？

这两个方法用来提示JVM要进行垃圾回收。
但是，立即开始还是延迟进行垃圾回收是取决于JVM的。

---

finalize()方法什么时候被调用？析构函数(finalization)的目的是什么？

垃圾回收器(garbage collector)决定回收某对象时，就会运行该对象的finalize()方法 但是在Java中很不幸，如果内存总是充足的，那么垃圾回收可能永远不会进行，也就是说filalize()可能永远不被执行，显然指望它做收尾工作是靠不住的。 那么finalize()究竟是做什么的呢？它最主要的用途是回收特殊渠道申请的内存。Java程序有垃圾回收器，所以一般情况下内存问题不用程序员操心。但有一种JNI(Java Native Interface)调用non-Java程序（C或C++），finalize()的工作就是回收这部分的内存。

---

如果对象的引用被置为null，垃圾收集器是否会立即释放对象占用的内存？

不会，在下一个垃圾回收周期中，这个对象将是可被回收的。

---

在Java中，对象什么时候可以被垃圾回收？

当对象对当前使用这个对象的应用程序变得不可触及（不可达）的时候，这个对象就可以被回收了。

---

Java堆的结构是什么样子的？什么是堆中的永久代(Perm Gen space)?

JVM的堆是运行时数据区，所有类的实例和数组都是在堆上分配内存。它在JVM启动的时候被创建。对象所占的堆内存是由自动内存管理系统也就是垃圾收集器回收。
堆内存是由存活和死亡的对象组成的。存活的对象是应用可以访问的，不会被垃圾回收。死亡的对象是应用不可访问尚且还没有被垃圾收集器回收掉的对象。一直到垃圾收集器把这些对象回收掉之前，他们会一直占据堆内存空间。

永久代是用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate 等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类，永久代中一般包含：
类的方法(字节码…)
类名(Sring对象)
.class文件读到的常量信息
class对象相关的对象列表和类型列表 (e.g., 方法对象的array).
JVM创建的内部对象
JIT编译器优化用的信息

---

JVM的永久代中会发生垃圾回收么？

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。请参考下Java8：从永久代到元数据区
(注：Java8中已经移除了永久代，新加了一个叫做元数据区的native内存区)

---

串行(serial)收集器和吞吐量(throughput)收集器的区别是什么？

吞吐量收集器使用并行版本的新生代垃圾收集器，它用于中等规模和大规模数据的应用程序。而串行收集器对大多数的小应用(在现代处理器上需要大概100M左右的内存)就足够了。

---

描述一下JVM加载class文件的原理机制？

JVM中类的装载是由类加载器（ClassLoader）和它的子类来实现的，Java中的类加载器是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入类文件中的类。

由于Java的跨平台性，经过编译的Java源程序并不是一个可执行程序，而是一个或多个类文件。当Java程序需要使用某个类时，JVM会确保这个类已经被加载、连接（验证、准备和解析）和初始化。类的加载是指把类的.class文件中的数据读入到内存中，通常是创建一个字节数组读入.class文件，然后产生与所加载类对应的Class对象。加载完成后，Class对象还不完整，所以此时的类还不可用。当类被加载后就进入连接阶段，这一阶段包括验证、准备（为静态变量分配内存并设置默认的初始值）和解析（将符号引用替换为直接引用）三个步骤。最后JVM对类进行初始化，包括：1)如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化，那么就先初始化父类；2)如果类中存在初始化语句，就依次执行这些初始化语句。

类的加载是由类加载器完成的，类加载器包括：根加载器（BootStrap）、扩展加载器（Extension）、系统加载器（System）和用户自定义类加载器（java.lang.ClassLoader的子类）。从Java 2（JDK 1.2）开始，类加载过程采取了父亲委托机制（PDM）。PDM更好的保证了Java平台的安全性，在该机制中，JVM自带的Bootstrap是根加载器，其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载，父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM不会向Java程序提供对Bootstrap的引用。下面是关于几个类加载器的说明：

Bootstrap：一般用本地代码实现，负责加载JVM基础核心类库（rt.jar）；
Extension：从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，它的父加载器是Bootstrap；
System：又叫应用类加载器，其父类是Extension。它是应用最广泛的类加载器。它从环境变量classpath或者系统属性java.class.path所指定的目录中记载类，是用户自定义加载器的默认父加载器。

---

Java 中会存在内存泄漏吗，请简单描述。

理论上Java因为有垃圾回收机制（GC）不会存在内存泄露问题（这也是Java被广泛使用于服务器端编程的一个重要原因）；然而在实际开发中，可能会存在无用但可达的对象，这些对象不能被GC回收，因此也会导致内存泄露的发生。例如hibernate的Session（一级缓存）中的对象属于持久态，垃圾回收器是不会回收这些对象的，然而这些对象中可能存在无用的垃圾对象，如果不及时关闭（close）或清空（flush）一级缓存就可能导致内存泄露。

---

垃圾回收机制

垃圾回收机制有很多种，包括：分代复制垃圾回收、标记垃圾回收、增量垃圾回收等方式。标准的Java进程既有栈又有堆。栈保存了原始型局部变量，堆保存了要创建的对象。Java平台对堆内存回收和再利用的基本算法被称为标记和清除，但是Java对其进行了改进，采用“分代式垃圾收集”。这种方法会跟Java对象的生命周期将堆内存划分为不同的区域，在垃圾收集过程中，可能会将对象移动到不同区域：

• 伊甸园（Eden）：这是对象最初诞生的区域，并且对大多数对象来说，这里是它们唯一存在过的区域。
• 幸存者乐园（Survivor）：从伊甸园幸存下来的对象会被挪到这里。
• 终身颐养园（Tenured）：这是足够老的幸存对象的归宿。年轻代收集（Minor-GC）过程是不会触及这个地方的。当年轻代收集不能把对象放进终身颐养园时，就会触发一次完全收集（Major-GC），这里可能还会牵扯到压缩，以便为大对象腾出足够的空间。

---

Serial 与 Parallel GC之间的不同之处

Serial 与 Parallel 在GC执行的时候都会引起 stop-the-world。它们之间主要不同 serial 收集器是默认的复制收集器，执行 GC 的时候只有一个线程，而 parallel 收集器使用多个 GC 线程来执行。

---

Java 中 WeakReference 与 SoftReference的区别（强软弱虚）

虽然 WeakReference 与 SoftReference 都有利于提高 GC 和 内存的效率，但是 WeakReference ，一旦失去最后一个强引用，就会被 GC 回收，而软引用虽然不能阻止被回收，但是可以延迟到 JVM 内存不足的时候。

---

WeakHashMap 是怎么工作的

WeakHashMap 的工作与正常的 HashMap 类似，但是使用弱引用作为 key，意思就是当 key 对象没有任何引用时，key/value 将会被回收。

---

JVM 选项 -XX:+UseCompressedOops 有什么作用？为什么要使用

当你将你的应用从 32 位的 JVM 迁移到 64 位的 JVM 时，由于对象的指针从 32 位增加到了 64 位，因此堆内存会突然增加，差不多要翻倍。这也会对 CPU 缓存（容量比内存小很多）的数据产生不利的影响。因为，迁移到 64 位的 JVM 主要动机在于可以指定最大堆大小，通过压缩 OOP 可以节省一定的内存。通过 -XX:+UseCompressedOops 选项，JVM 会使用 32 位的 OOP，而不是 64 位的 OOP。

---

JRE、JDK、JVM 及 JIT 之间有什么不同

JRE 代表 Java 运行时（Java run-time），是运行 Java 引用所必须的。JDK 代表 Java 开发工具（Java development kit），是 Java 程序的开发工具，如 Java 编译器，它也包含 JRE。JVM 代表 Java 虚拟机（Java virtual machine），它的责任是运行 Java 应用。JIT 代表即时编译（Just In Time compilation），当代码执行的次数超过一定的阈值时，会将 Java 字节码转换为本地代码，如，主要的热点代码会被准换为本地代码，这样有利大幅度提高 Java 应用的性能。

---

解释 Java 堆空间及 GC

当通过 Java 命令启动 Java 进程的时候，会为它分配内存。内存的一部分用于创建堆空间，当程序中创建对象的时候，就从对空间中分配内存。

GC 是 JVM 内部的一个进程，回收无效对象的内存用于将来的分配。

---

怎么获取 Java 程序使用的内存？堆使用的百分比？

可以通过 java.lang.Runtime 类中与内存相关方法来获取剩余的内存，总内存及最大堆内存。通过这些方法你也可以获取到堆使用的百分比及堆内存的剩余空间。Runtime.freeMemory() 方法返回剩余空间的字节数，Runtime.totalMemory() 方法总内存的字节数，Runtime.maxMemory() 返回最大内存的字节数。

Runtime 和 System 两个类

---

Java 中堆和栈有什么区别

JVM 中堆和栈属于不同的内存区域，使用目的也不同。栈常用于保存方法帧和局部变量，而对象总是在堆上分配。栈通常都比堆小，也不会在多个线程之间共享，而堆被整个 JVM 的所有线程共享。

---

参考：
最近5年133个Java面试问题列表