jvm内存结构

作者：程序员库森
链接：https://www.nowcoder.com/discuss/627413
来源：牛客网

关于可达性分析的扫描过程，读者不妨发挥一下想象力，把它看作对象图上一股以灰色为波峰的 波纹从黑向白推进的过程，如果用户线程此时是冻结的，只有收集器线程在工作，那不会有任何问 题。但如果用户线程与收集器是并发工作呢?收集器在对象图上标记颜色，同时用户线程在修改引用 关系——即修改对象图的结构，这样可能出现两种后果。一种是把原本消亡的对象错误标记为存活， 这不是好事，但其实是可以容忍的，只不过产生了一点逃过本次收集的浮动垃圾而已，下次收集清理 掉就好。另一种是把原本存活的对象错误标记为已消亡，这就是非常致命的后果了，程序肯定会因此 发生错误，下面表3-1演示了这样的致命错误具体是如何产生的。

 

写到这里，笔者似乎已经把Serial收集器描述成一个最早出现，但目前已经老而无用，食之无味， 弃之可惜的“鸡肋”了，但事实上，迄今为止，它依然是HotSpot虚拟机运行在客户端模式下的默认新生 代收集器，有着优于其他收集器的地方，那就是简单而高效(与其他收集器的单线程相比)，对于内

存资源受限的环境，它是所有收集器里额外内存消耗(Memory Footprint)[1]最小的;对于单核处理 器或处理器核心数较少的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以 获得最高的单线程收集效率。在用户桌面的应用场景以及近年来流行的部分微服务应用中，分配给虚 拟机管理的内存一般来说并不会特别大，收集几十兆甚至一两百兆的新生代(仅仅是指新生代使用的 内存，桌面应用甚少超过这个容量)，垃圾收集的停顿时间完全可以控制在十几、几十毫秒，最多一 百多毫秒以内，只要不是频繁发生收集，这点停顿时间对许多用户来说是完全可以接受的。

 

ParNew收集器在单核心处理器的环境中绝对不会有比Serial收集器更好的效果，甚至由于存在线程 交互的开销，该收集器在通过超线程(Hyper-Threading)技术实现的伪双核处理器环境中都不能百分

之百保证超越Serial收集器。当然，随着可以被使用的处理器核心数量的增加，ParNew对于垃圾收集时 系统资源的高效利用还是很有好处的。它默认开启的收集线程数与处理器核心数量相同，在处理器核 心非常多(譬如32个，现在CPU都是多核加超线程设计，服务器达到或超过32个逻辑核心的情况非常 普遍)的环境中，可以使用-XX:ParallelGCT hreads参数来限制垃圾收集的线程数。

任何一个Class文件都对应着唯一的一个类或接口的定义信息[1]，但是反过来说，类或 接口并不一定都得定义在文件里(譬如类或接口也可以动态生成，直接送入类加载器中)。本章中， 笔者只是通俗地将任意一个有效的类或接口所应当满足的格式称为“Class文件格式”，实际上它完全不 需要以磁盘文件的形式存在。

Class文件是一组以8个字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文 件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个Class文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数

据，没有空隙存在。当遇到需要占用8个字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前[2]的方式分割 成若干个8个字节进行存储。

1. 什么是JVM内存结构？

jvm将虚拟机分为5大区域，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、java堆、方法区；

2.2.1 程序计数器
程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的

字节码的行号指示器。在Java虚拟机的概念模型里[1]，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器 的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处 理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一 个确定的时刻，一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因 此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程 之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地 址;如果正在执行的是本地(N at ive)方法，这个计数器值则应为空(U ndefined)。此内存区域是唯 一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

 

2.2.2 Java虚拟机栈

Java虚拟机以方法作为最基本的执行单元，“栈帧”(Stack Frame)则是用于支持虚拟机进行方法

调用和方法执行背后的数据结构，它也是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈(Virtual Machine

Stack)[1]的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息，如 果读者认真阅读过第6章，应该能从Class文件格式的方法表中找到以上大多数概念的静态对照物。每 一个方法从调用开始至执行结束的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。

每一个栈帧都包括了局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址和一些额外的附加信息。 在编译Java程序源码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，需要多深的操作数栈就已经被分析计算

出来，并且写入到方法表的Code属性之中[2]。换言之，一个栈帧需要分配多少内存，并不会受到程序 运行期变量数据的影响，而仅仅取决于程序源码和具体的虚拟机实现的栈内存布局形式。

一个线程中的方法调用链可能会很长，以Java程序的角度来看，同一时刻、同一条线程里面，在 调用堆栈的所有方法都同时处于执行状态。而对于执行引擎来讲，在活动线程中，只有位于栈顶的方 法才是在运行的，只有位于栈顶的栈帧才是生效的，其被称为“当前栈帧”(Current Stack Frame)，与 这个栈帧所关联的方法被称为“当前方法”(Current Method)。执行引擎所运行的所有字节码指令都只 针对当前栈帧进行操作，在概念模型上，典型的栈帧结构如图8-1所示。

图8-1所示的就是虚拟机栈和栈帧的总体结构，接下来，我们将会详细了解栈帧中的局部变量表、 操作数栈、动态连接、方法返回地址等各个部分的作用和数据结构。

 

8.2.3 动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池[1]中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方 法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。通过第6章的讲解，我们知道Class文件的常量池中存 有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池里指向方法的符号引用作为参数。这些符号 引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就被转化为直接引用，这种转化被称为静态解析。 另外一部分将在每一次运行期间都转化为直接引用，这部分就称为动态连接。关于这两个转化过程的 具体过程，将在8.3节中再详细讲解。

[1] 运行时常量池的相关内容详见第2章。

8.2.4 方法返回地址

当一个方法开始执行后，只有两种方式退出这个方法。第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法 返回的字节码指令，这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者(调用当前方法的方法称为调用 者或者主调方法)，方法是否有返回值以及返回值的类型将根据遇到何种方法返回指令来决定，这种 退出方法的方式称为“正常调用完成”(Normal Method Invocation Completion)。

另外一种退出方式是在方法执行的过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到妥善处 理。无论是Java虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用athrow字节码指令产生的异常，只要在本方 法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出方法的方式称为“异常调用 完成(Abrupt Method Invocation Completion)”。一个方法使用异常完成出口的方式退出，是不会给它 的上层调用者提供任何返回值的。

无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都必须返回到最初方法被调用时的位置，程序才能继 续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层主调方法的执行状态。 一般来说，方法正常退出时，主调方法的PC计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这 个计数器值。而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定的，栈帧中就一般不会保存 这部分信息。

方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有:恢复上层方法的 局部变量表和操作数栈，把返回值(如果有的话)压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值 以指向方法调用指令后面的一条指令等。笔者这里写的“可能”是由于这是基于概念模型的讨论，只有 具体到某一款Java虚拟机实现，会执行哪些操作才能确定下来。

与程序计数器一样，Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型:每个方法被执行的时候，Java虚拟机都 会同步创建一个栈帧[1](Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

经 常 有 人 把 J a v a 内 存 区 域 笼 统 地 划 分 为 堆 内 存 ( H e a p ) 和 栈 内 存 ( St a c k ) ， 这 种 划 分 方 式 直 接 继 承自传统的C、C++程序的内存布局结构，在Java语言里就显得有些粗糙了，实际的内存区域划分要比 这更复杂。不过这种划分方式的流行也间接说明了程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的区 域是“堆”和“栈”两块。其中，“堆”在稍后笔者会专门讲述，而“栈”通常就是指这里讲的虚拟机栈，或 者更多的情况下只是指虚拟机栈中局部变量表部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、 float、long、double)、对象引用(reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始 地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)和returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址)。

returnAddress类型:指向一条字节码指令的地址【深入理解Java虚拟机】怎么理解returnAddress

这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽(Slot)来表示，其中64位长度的long和 double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编 译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定 的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。请读者注意，这里说的“大小”是指变量槽的数量， 虚拟机真正使用多大的内存空间(譬如按照1个变量槽占用32个比特、64个比特，或者更多)来实现一 个变量槽，这是完全由具体的虚拟机实现自行决定的事情。

在《Java虚拟机规范》中，对这个内存区域规定了两类异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚 拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常;如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展[2]，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

[1] 栈帧是方法运行期很重要的基础数据结构，在本书的第8章中还会对帧进行详细讲解。
[2] HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，以前的Classic虚拟机倒是可以。所以在HotSpot虚拟 机上是不会由于虚拟机栈无法扩展而导致OutOfMemoryError异常——只要线程申请栈空间成功了就不 会有OOM，但是如果申请时就失败，仍然是会出现OOM异常的，后面的实战中笔者也演示了这种情 况。本书第2版时这里的描述是有误的，请阅读过第2版的读者特别注意。

2.2.3 本地方法栈

本地方法栈(Native M ethod Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机 栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native) 方法服务。

《Java虚拟机规范》对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有任何强制规 定，因此具体的虚拟机可以根据需要自由实现它，甚至有的Java虚拟机(譬如Hot-Spot虚拟机)直接 就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失 败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

2.2.4 Java堆

对于Java应用程序来说，Java堆(Java Heap)是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所 有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是:“所有的对象实例以及数组都应当在堆上分配[1]”，而这里笔者写的“几乎”是指从实现角度来看，随着Java语 言的发展，现在已经能看到些许迹象表明日后可能出现值类型的支持，即使只考虑现在，由于即时编译技术的进步，尤其是逃逸分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换[2]优化手段已经导致一些微妙 的变化悄然发生，所以说Java对象实例都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。

Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中它也被称作“GC堆”(Garbage Collected Heap，幸好国内没翻译成“垃圾堆”)。从回收内存的角度看，由于现代垃圾收集器大部分都是基于分 代收集理论设计的，所以Java堆中经常会出现“新生代”“老年代”“永久代”“Eden空间”“From Survivor空 间”“To Survivor空间”等名词，这些概念在本书后续章节中还会反复登场亮相，在这里笔者想先说明的 是这些区域划分仅仅是一部分垃圾收集器的共同特性或者说设计风格而已，而非某个Java虚拟机具体 实现的固有内存布局，更不是《Java虚拟机规范》里对Java堆的进一步细致划分。不少资料上经常写着 类似于“ Java虚拟机的堆内存分为新生代、老年代、永久代、Eden、Survivor......”这样的内容。在十年 之前(以G1收集器的出现为分界)，作为业界绝对主流的HotSpot虚拟机，它内部的垃圾收集器全部

都基于“经典分代”[3]来设计，需要新生代、老年代收集器搭配才能工作，在这种背景下，上述说法还 算是不会产生太大歧义。但是到了今天，垃圾收集器技术与十年前已不可同日而语，HotSpot里面也出 现了不采用分代设计的新垃圾收集器，再按照上面的提法就有很多需要商榷的地方了。

如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区 (Thread Local Allocation Buffer，TLAB)，以提升对象分配时的效率。不过无论从什么角度，无论如 何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java 堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。在本章中，我们仅仅针对内存区域的 作用进行讨论，Java堆中的上述各个区域的分配、回收等细节将会是下一章的主题。

根据《Java虚拟机规范》的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该 被视为连续的，这点就像我们用磁盘空间去存储文件一样，并不要求每个文件都连续存放。但对于大 对象(典型的如数组对象)，多数虚拟机实现出于实现简单、存储高效的考虑，很可能会要求连续的 内存空间。

Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩 展来实现的(通过参数-Xmx和-Xms设定)。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再 扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

 

2.2.5 方法区

方法区(Method Area)与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载 的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中把 方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作“非堆”(Non-Heap)，目的是与Java堆区 分开来。

说到方法区，不得不提一下“永久代”这个概念，尤其是在JDK 8以前，许多Java程序员都习惯在 HotSpot虚拟机上开发、部署程序，很多人都更愿意把方法区称呼为“永久代”(Permanent Generation)，或将两者混为一谈。本质上这两者并不是等价的，因为仅仅是当时的HotSpot虚拟机设 计团队选择把收集器的分代设计扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样使得 HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存，省去专门为方法区编写内存管理代码的 工作。但是对于其他虚拟机实现，譬如BEA JRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则 上如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。但现在回头 来看，当年使用永久代来实现方法区的决定并不是一个好主意，这种设计导致了Java应用更容易遇到 内存溢出的问题(永久代有-XX:M axPermSize的上限，即使不设置也有默认大小，而J9和JRockit只要 没有触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB限制，就不会出问题)，而且有极少数方法 ( 例 如 St r i n g: : i n t e r n ( ) ) 会 因 永 久 代 的 原 因 而 导 致 不 同 虚 拟 机 下 有 不 同 的 表 现 。 当 O r a c l e 收 购 B E A 获 得 了 JRockit的所有权后，准备把JRockit中的优秀功能，譬如Java Mission Control管理工具，移植到HotSpot 虚拟机时，但因为两者对方法区实现的差异而面临诸多困难。考虑到HotSpot未来的发展，在JDK 6的 时候HotSpot开发团队就有放弃永久代，逐步改为采用本地内存(Native Memory)来实现方法区的计划了[1]，到了JDK 7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出，而到了 JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间(Meta- space)来代替，把JDK 7中永久代还剩余的内容(主要是类型信息)全部移到元空间中。

《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选 择固定大小或者可扩展外，甚至还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域的 确是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回 收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤 其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前Sun公司的Bug列 表中，曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存 泄漏。

根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError异常。

[1] JEP 122-Remove the Permanent Generation:http://openjdk.java.net/jeps/122。

2.2.6 运行时常量池

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字 段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表(Constant Pool Table)，用于存放编译期生 成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

Java虚拟机对于Class文件每一部分(自然也包括常量池)的格式都有严格规定，如每一个字节用 于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、加载和执行，但对于运行时常量池， 《Java虚拟机规范》并没有做任何细节的要求，不同提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现 这个内存区域，不过一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把由符号引用翻译出来

的直接引用也存储在运行时常量池中[1]。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量 一定只有编译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常 量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是St ring类的int ern()方法。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存 时会抛出OutOfMemoryError异常。

[1] 关于Class文件格式、符号引用等概念可参见第6章。

2.2.7 直接内存

直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中 定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所 以我们放到这里一起讲解。

在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区 (Buffer)的I/O方式，它可以使用Nat ive函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的 DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了 在J ava堆和N at ive堆中来回复制数据。

显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到 本机总内存(包括物理内存、SWAP分区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务 器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得 各个内存区域总和大于物理内存限制(包括物理的和操作系统级的限制)，从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError异常。

 

 

2. 什么是JVM内存模型？

Java 内存模型（下文简称 JMM）就是在底层处理器内存模型的基础上，定义自己的多线程语义。它明确指定了一组排序规则，来保证线程间的可见性。

这一组规则被称为 Happens-Before, JMM 规定，要想保证 B 操作能够看到 A 操作的结果（无论它们是否在同一个线程），那么 A 和 B 之间必须满足 Happens-Before 关系：

• 单线程规则：一个线程中的每个动作都 happens-before 该线程中后续的每个动作

• 监视器锁定规则：监听器的解锁动作 happens-before 后续对这个监听器的锁定动作

• volatile 变量规则：对 volatile 字段的写入动作 happens-before 后续对这个字段的每个读取动作

• 线程 start 规则：线程 start() 方法的执行 happens-before 一个启动线程内的任意动作

• 线程 join 规则：一个线程内的所有动作 happens-before 任意其他线程在该线程 join() 成功返回之前

• 传递性：如果 A happens-before B, 且 B happens-before C, 那么 A happens-before C

怎么理解 happens-before 呢？如果按字面意思，比如第二个规则，线程（不管是不是同一个）的解锁动作发生在锁定之前？这明显不对。happens-before 也是为了保证可见性，比如那个解锁和加锁的动作，可以这样理解，线程1释放锁退出同步块，线程2加锁进入同步块，那么线程2就能看见线程1对共享对象修改的结果。

Java 提供了几种语言结构，包括 volatile, final 和 synchronized, 它们旨在帮助程序员向编译器描述程序的并发要求，其中：

• volatile - 保证可见性和有序性

• synchronized - 保证可见性和有序性; 通过管程（Monitor）*保证一组动作的*原子性

• final - 通过禁止在构造函数初始化和给 final 字段赋值这两个动作的重排序，保证可见性（如果 this 引用逃逸就不好说可见性了）

编译器在遇到这些关键字时，会插入相应的内存屏障，保证语义的正确性。

有一点需要注意的是，synchronized 不保证同步块内的代码禁止重排序，因为它通过锁保证同一时刻只有一个线程访问同步块（或临界区），也就是说同步块的代码只需满足 as-if-serial 语义 - 只要单线程的执行结果不改变，可以进行重排序。

所以说，Java 内存模型描述的是多线程对共享内存修改后彼此之间的可见性，另外，还确保正确同步的 Java 代码可以在不同体系结构的处理器上正确运行。

 

这里所讲的主内存、工作内存与第2章所讲的Java内存区域中的Java堆、栈、方法区等并不是同一

个层次的对内存的划分，这两者基本上是没有任何关系的。如果两者一定要勉强对应起来，那么从变

量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分[4]，而工作内存 则对应于虚拟机栈中的部分区域。从更基础的层次上说，主内存直接对应于物理硬件的内存，而为了 获取更好的运行速度，虚拟机(或者是硬件、操作系统本身的优化措施)可能会让工作内存优先存储 于寄存器和高速缓存中，因为程序运行时主要访问的是工作内存。

3. heap 和stack 有什么区别？

（1）申请方式

stack:由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为 b 开辟空间

heap:需要程序员自己申请，并指明大小，在 c 中 malloc 函数，对于Java 需要手动 new Object()的形式开辟

（2）申请后系统的响应

stack：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

heap：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

（3）申请大小的限制

stack：栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS 下，栈的大小是 2M（默认值也取决于虚拟内存的大小），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示 overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

heap：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的， 自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见， 堆获得的空间比较灵活，也比较大。

（4）申请效率的比较

stack：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

heap：由 new 分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。

（5）heap和stack中的存储内容

stack：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址， 然后是函数的各个参数，在大多数的 C 编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

heap：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

4. 什么情况下会发生栈内存溢出？

1、栈是线程私有的，栈的生命周期和线程一样，每个方法在执行的时候就会创建一个栈帧，它包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，局部变量表又包括基本数据类型和对象的引用； 2、当线程请求的栈深度超过了虚拟机允许的最大深度时，会抛出StackOverFlowError异常，方法递归调用肯可能会出现该问题； 3、调整参数-xss去调整jvm栈的大小

5. 谈谈对 OOM 的认识？如何排查 OOM 的问题？

除了程序计数器，其他内存区域都有 OOM 的风险。

• 栈一般经常会发生 StackOverflowError，比如 32 位的 windows 系统单进程限制 2G 内存，无限创建线程就会发生栈的 OOM

• Java 8 常量池移到堆中，溢出会出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，设置最大元空间大小参数无效；

• 堆内存溢出，报错同上，这种比较好理解，GC 之后无法在堆中申请内存创建对象就会报错；

• 方法区 OOM，经常会遇到的是动态生成大量的类、jsp 等；

• 直接内存 OOM，涉及到 -XX:MaxDirectMemorySize 参数和 Unsafe 对象对内存的申请。

排查 OOM 的方法：

• 增加两个参数 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof，当 OOM 发生时自动 dump 堆内存信息到指定目录；

• 同时 jstat 查看监控 JVM 的内存和 GC 情况，先观察问题大概出在什么区域；

• 使用 MAT 工具载入到 dump 文件，分析大对象的占用情况，比如 HashMap 做缓存未清理，时间长了就会内存溢出，可以把改为弱引用 。

6. 谈谈 JVM 中的常量池？

JVM常量池主要分为Class文件常量池、运行时常量池，全局字符串常量池，以及基本类型包装类对象常量池。

• Class文件常量池。class文件是一组以字节为单位的二进制数据流，在java代码的编译期间，我们编写的java文件就被编译为.class文件格式的二进制数据存放在磁盘中，其中就包括class文件常量池。

• 运行时常量池：运行时常量池相对于class常量池一大特征就是具有动态性，java规范并不要求常量只能在运行时才产生，也就是说运行时常量池的内容并不全部来自class常量池，在运行时可以通过代码生成常量并将其放入运行时常量池中，这种特性被用的最多的就是String.intern()。

• 全局字符串常量池：字符串常量池是JVM所维护的一个字符串实例的引用表，在HotSpot VM中，它是一个叫做StringTable的全局表。在字符串常量池中维护的是字符串实例的引用，底层C++实现就是一个Hashtable。这些被维护的引用所指的字符串实例，被称作”被驻留的字符串”或”interned string”或通常所说的”进入了字符串常量池的字符串”。

• 基本类型包装类对象常量池：java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，这些类是Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean,另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外上面这5种整型的包装类也只是在对应值小于等于127时才可使用对象池，也即对象不负责创建和管理大于127的这些类的对象。

7. 如何判断一个对象是否存活？

判断一个对象是否存活，分为两种算法1：引用计数法；2：可达性分析算法；

引用计数法： 给每一个对象设置一个引用计数器，当有一个地方引用该对象的时候，引用计数器就+1，引用失效时，引用计数器就-1；当引用计数器为0的时候，就说明这个对象没有被引用，也就是垃圾对象，等待回收； 缺点：无法解决循环引用的问题，当A引用B，B也引用A的时候，此时AB对象的引用都不为0，此时也就无法垃圾回收，所以一般主流虚拟机都不采用这个方法；

可达性分析法 从一个被称为GC Roots的对象向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连接时，说明此对象不可用，在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种：

•  

  ·在虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的 参数、局部变量、临时变量等。

  ·在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。 

•  

  ·在本地方法栈中JNI(即通常所说的Native方法)引用的对象。 

• ·在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池(String Table)里的引用。 

但一个对象满足上述条件的时候，不会马上被回收，还需要进行两次标记；第一次标记：判断当前对象是否有finalize()方法并且该方法没有被执行过，若不存在则标记为垃圾对象，等待回收；若有的话，则进行第二次标记；第二次标记将当前对象放入F-Queue队列，并生成一个finalize线程去执行该方法，虚拟机不保证该方法一定会被执行，这是因为如果线程执行缓慢或进入了死锁，会导致回收系统的崩溃；如果执行了finalize方法之后仍然没有与GC Roots有直接或者间接的引用，则该对象会被回收；

8. 强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么，有什么区别？

• 强引用，就是普通的对象引用关系，如 String s = new String("ConstXiong")

• 软引用，用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。SoftReference 实现

• 弱引用，相比软引用来说，要更加无用一些，它拥有更短的生命周期，当 JVM 进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。WeakReference 实现

• 虚引用是一种形同虚设的引用，在现实场景中用的不是很多，它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。PhantomReference 实现

9. 被引用的对象就一定能存活吗？

不一定，看 Reference 类型，弱引用在 GC 时会被回收，软引用在内存不足的时候，即 OOM 前会被回收，但如果没有在 Reference Chain 中的对象就一定会被回收。

10. Java中的垃圾回收算法有哪些？

java中有四种垃圾回收算法，分别是标记清除法、标记整理法、复制算法、分代收集算法； 标记清除法： 第一步：利用可达性去遍历内存，把存活对象和垃圾对象进行标记； 第二步：在遍历一遍，将所有标记的对象回收掉； 特点：效率不行，标记和清除的效率都不高；标记和清除后会产生大量的不连续的空间分片，可能会导致之后程序运行的时候需分配大对象而找不到连续分片而不得不触发一次GC；

标记整理法： 第一步：利用可达性去遍历内存，把存活对象和垃圾对象进行标记； 第二步：将所有的存活的对象向一段移动，将端边界以外的对象都回收掉； 特点：适用于存活对象多，垃圾少的情况；需要整理的过程，无空间碎片产生；

复制算法： 将内存按照容量大小分为大小相等的两块，每次只使用一块，当一块使用完了，就将还存活的对象移到另一块上，然后在把使用过的内存空间移除； 特点：不会产生空间碎片；内存使用率极低；

分代收集算法： 根据内存对象的存活周期不同，将内存划分成几块，java虚拟机一般将内存分成新生代和老生代，在新生代中，有大量对象死去和少量对象存活，所以采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集；老年代中因为对象的存活率极高，没有额外的空间对他进行分配担保，所以采用标记清理或者标记整理算法进行回收；

对比

11. 有哪几种垃圾回收器，各自的优缺点是什么？

垃圾回收器主要分为以下几种：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1；

• Serial:单线程的收集器，收集垃圾时，必须stop the world，使用复制算法。它的最大特点是在进行垃圾回收时，需要对所有正在执行的线程暂停（stop the world），对于有些应用是难以接受的，但是如果应用的实时性要求不是那么高，只要停顿的时间控制在N毫秒之内，大多数应用还是可以接受的，是client级别的默认GC方式。

• ParNew:Serial收集器的多线程版本，也需要stop the world，复制算

• Parallel Scavenge:新生代收集器，复制算法的收集器，并发的多线程收集器，目标是达到一个可控的吞吐量，和ParNew的最大区别是GC自动调节策略；虚拟机会根据系统的运行状态收集性能监控信息，动态设置这些参数，以提供最优停顿时间和最高的吞吐量；

• Serial Old:Serial收集器的老年代版本，单线程收集器，使用标记整理算法。

• Parallel Old：是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程，标记-整理算法。

• CMS:是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，标记清除算法，运作过程：初始标记，并发标记，重新标记，并发清除，收集结束会产生大量空间碎片；

• G1:标记整理算法实现，运作流程主要包括以下：初始标记，并发标记，最终标记，筛选回收。不会产生空间碎片，可以精确地控制停顿；G1将整个堆分为大小相等的多个Region（区域），G1跟踪每个区域的垃圾大小，在后台维护一个优先级列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的区域，已达到在有限时间内获取尽可能高的回收效率；

垃圾回收器间的配合使用图：

各个垃圾回收器对比：

12. 详细说一下CMS的回收过程？CMS的问题是什么？

CMS(Concurrent Mark Sweep，并发标记清除) 收集器是以获取最短回收停顿时间为目标的收集器（追求低停顿），它在垃圾收集时使得用户线程和 GC 线程并发执行，因此在垃圾收集过程中用户也不会感到明显的卡顿。

从名字就可以知道，CMS是基于“标记-清除”算法实现的。CMS 回收过程分为以下四步：

1. 初始标记 （CMS initial mark)：主要是标记 GC Root 开始的下级（注：仅下一级）对象，这个过程会 STW，但是跟 GC Root 直接关联的下级对象不会很多，因此这个过程其实很快。

1. 并发标记 (CMS concurrent mark)：根据上一步的结果，继续向下标识所有关联的对象，直到这条链上的最尽头。这个过程是多线程的，虽然耗时理论上会比较长，但是其它工作线程并不会阻塞，没有 STW。

1. 重新标记（CMS remark）：顾名思义，就是要再标记一次。为啥还要再标记一次？因为第 2 步并没有阻塞其它工作线程，其它线程在标识过程中，改变了引用关系，将本不该清楚的对象标记为死亡对象，非常危险。

1. 并发清除（CMS concurrent sweep）：清除阶段是清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发进行的。

CMS 的问题：

1. 并发回收导致CPU资源紧张：

在并发阶段，它虽然不会导致用户线程停顿，但却会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，降低程序总吞吐量。CMS默认启动的回收线程数是：（CPU核数 + 3）/ 4，当CPU核数不足四个时，CMS对用户程序的影响就可能变得很大。

2. 无法清理浮动垃圾：

在CMS的并发标记和并发清理阶段，用户线程还在继续运行，就还会伴随有新的垃圾对象不断产生，但这一部分垃圾对象是出现在标记过程结束以后，CMS无法在当次收集中处理掉它们，只好留到下一次垃圾收集时再清理掉。这一部分垃圾称为“浮动垃圾”。

3. 并发失败（Concurrent Mode Failure）：

由于在垃圾回收阶段用户线程还在并发运行，那就还需要预留足够的内存空间提供给用户线程使用，因此CMS不能像其他回收器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行回收，必须预留一部分空间供并发回收时的程序运行使用。默认情况下，当老年代使用了 92% 的空间后就会触发 CMS 垃圾回收，这个值可以通过 -XX: CMSInitiatingOccupancyFraction 参数来设置。

这里会有一个风险：要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序分配新对象的需要，就会出现一次“并发失败”（Concurrent Mode Failure），这时候虚拟机将不得不启动后备预案：Stop The World，临时启用 Serial Old 来重新进行老年代的垃圾回收，这样一来停顿时间就很长了。

4.内存碎片问题：

CMS是一款基于“标记-清除”算法实现的回收器，这意味着回收结束时会有内存碎片产生。内存碎片过多时，将会给大对象分配带来麻烦，往往会出现老年代还有很多剩余空间，但就是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象，而不得不提前触发一次 Full GC 的情况。

为了解决这个问题，CMS收集器提供了一个 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 开关参数（默认开启），用于在 Full GC 时开启内存碎片的合并整理过程，由于这个内存整理必须移动存活对象，是无法并发的，这样停顿时间就会变长。还有另外一个参数 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，这个参数的作用是要求CMS在执行过若干次不整理空间的 Full GC 之后，下一次进入 Full GC 前会先进行碎片整理（默认值为0，表示每次进入 Full GC 时都进行碎片整理）。

13. 详细说一下G1的回收过程？

G1（Garbage First）回收器采用面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式，是一款主要面向服务端应用的垃圾回收器。G1设计初衷就是替换 CMS，成为一种全功能收集器。G1 在JDK9 之后成为服务端模式下的默认垃圾回收器，取代了 Parallel Scavenge 加 Parallel Old 的默认组合，而 CMS 被声明为不推荐使用的垃圾回收器。G1从整体来看是基于 标记-整理 算法实现的回收器，但从局部（两个Region之间）上看又是基于 标记-复制 算法实现的。

G1 回收过程，G1 回收器的运作过程大致可分为四个步骤：

1. 初始标记（会STW）：仅仅只是标记一下 GC Roots 能直接关联到的对象，并且修改TAMS指针的值，让下一阶段用户线程并发运行时，能正确地在可用的Region中分配新对象。这个阶段需要停顿线程，但耗时很短。

1. 并发标记：从 GC Roots 开始对堆中对象进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出要回收的对象，这阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行。当对象图扫描完成以后，还要重新处理在并发时有引用变动的对象。

1. 最终标记（会STW）：对用户线程做短暂的暂停，处理并发阶段结束后仍有引用变动的对象。

1. 清理阶段（会STW）：更新Region的统计数据，对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的停顿时间来制定回收计划，可以自由选择任意多个Region构成回收集，然后把决定回收的那一部分Region的存活对象复制到空的Region中，再清理掉整个旧Region的全部空间。这里的操作涉及存活对象的移动，必须暂停用户线程，由多条回收器线程并行完成的。

14. JVM中一次完整的GC是什么样子的？

先描述一下Java堆内存划分。

在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )，新生代默认占总空间的 1/3，老年代默认占 2/3。 新生代有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1。

新生代的垃圾回收（又称Minor GC）后只有少量对象存活，所以选用复制算法，只需要少量的复制成本就可以完成回收。

老年代的垃圾回收（又称Major GC）通常使用“标记-清理”或“标记-整理”算法。

再描述它们之间转化流程。

• 对象优先在Eden分配。当 eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次 Minor GC。

  • 在 Eden 区执行了第一次 GC 之后，存活的对象会被移动到其中一个 Survivor 分区；

  • Eden 区再次 GC，这时会采用复制算法，将 Eden 和 from 区一起清理，存活的对象会被复制到 to 区；

  •  

    Appel式回收的具体做法是把新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的 Survivor空间，每次分配内存只使用Eden和其中一块Survivor。发生垃圾搜集时，将Eden和Survivor中仍 然存活的对象一次性复制到另外一块Survivor空间上，然后直接清理掉Eden和已用过的那块Survivor空（深入理解jvm第三版p119） 

  • 移动一次，对象年龄加 1，对象年龄大于一定阀值会直接移动到老年代。GC年龄的阀值可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 设置，默认为 15；

  • 动态对象年龄判定：Survivor 区相同年龄所有对象大小的总和 > (Survivor 区内存大小 * 这个目标使用率)时，大于或等于该年龄的对象直接进入老年代。其中这个使用率通过 -XX:TargetSurvivorRatio 指定，默认为 50%；

  • Survivor 区内存不足会发生担保分配，超过指定大小的对象可以直接进入老年代。

• 大对象直接进入老年代，大对象就是需要大量连续内存空间的对象（比如：字符串、数组），为了避免为大对象分配内存时由于分配担保机制带来的复制而降低效率。

• 老年代满了而无法容纳更多的对象，Minor GC 之后通常就会进行Full GC，Full GC 清理整个内存堆 – 包括年轻代和老年代。

15. Minor GC 和 Full GC 有什么不同呢？

Minor GC：只收集新生代的GC。

Full GC: 收集整个堆，包括 新生代，老年代，永久代(在 JDK 1.8及以后，永久代被移除，换为metaspace 元空间)等所有部分的模式。

Minor GC触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。

Full GC触发条件：

• 通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存。如果发现统计数据说之前Minor GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发Minor GC而是转为触发full GC。

• 老年代空间不够分配新的内存（或永久代空间不足，但只是JDK1.7有的，这也是用元空间来取代永久代的原因，可以减少Full GC的频率，减少GC负担，提升其效率）。

• 由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。

• 调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行。

16. 介绍下空间分配担保原则？

 

内存的分配担保好比我们去银行借款，如果我们信誉很好，在98%的情况下都能按时偿还，于是 银行可能会默认我们下一次也能按时按量地偿还贷款，只需要有一个担保人能保证如果我不能还款 时，可以从他的账户扣钱，那银行就认为没有什么风险了。内存的分配担保也一样，如果另外一块 Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象，这些对象便将通过分配担保机制直 接进入老年代，这对虚拟机来说就是安全的。关于对新生代进行分配担保的内容，（深入jvmp119）

如果YougGC时新生代有大量对象存活下来，而 survivor 区放不下了，这时必须转移到老年代中，但这时发现老年代也放不下这些对象了，那怎么处理呢？其实JVM有一个老年代空间分配担保机制来保证对象能够进入老年代。

在执行每次 YoungGC 之前，JVM会先检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代所有对象的总大小。因为在极端情况下，可能新生代 YoungGC 后，所有对象都存活下来了，而 survivor 区又放不下，那可能所有对象都要进入老年代了。这个时候如果老年代的可用连续空间是大于新生代所有对象的总大小的，那就可以放心进行 YoungGC。但如果老年代的内存大小是小于新生代对象总大小的，那就有可能老年代空间不够放入新生代所有存活对象，这个时候JVM就会先检查 -XX:HandlePromotionFailure 参数是否允许担保失败，如果允许，就会判断老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试进行一次YoungGC，尽快这次YoungGC是有风险的。如果小于，或者 -XX:HandlePromotionFailure 参数不允许担保失败，这时就会进行一次 Full GC。

在允许担保失败并尝试进行YoungGC后，可能会出现三种情况：

• ① YoungGC后，存活对象小于survivor大小，此时存活对象进入survivor区中

• ② YoungGC后，存活对象大于survivor大小，但是小于老年大可用空间大小，此时直接进入老年代。

• ③ YoungGC后，存活对象大于survivor大小，也大于老年大可用空间大小，老年代也放不下这些对象了，此时就会发生“Handle Promotion Failure”，就触发了 Full GC。如果 Full GC后，老年代还是没有足够的空间，此时就会发生OOM内存溢出了。

通过下图来了解空间分配担保原则：

17. 什么是类加载？类加载的过程？

虚拟机把描述类的数据加载到内存里面，并对数据进行校验、解析和初始化，最终变成可以被虚拟机直接使用的class对象；

类的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中准备、验证、解析3个部分统称为连接（Linking）。如图所示：

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）

类加载过程如下：

• 加载，加载分为三步： 1、通过类的全限定性类名获取该类的二进制流； 2、将该二进制流的静态存储结构转为方法区的运行时数据结构； 3、在堆中为该类生成一个class对象；

• 验证：验证该class文件中的字节流信息复合虚拟机的要求，不会威胁到jvm的安全；

• 准备：为class对象的静态变量分配内存，初始化其初始值；

• 解析：该阶段主要完成符号引用转化成直接引用；

• 初始化：到了初始化阶段，才开始执行类中定义的java代码；初始化阶段是调用类构造器的过程；

18. 什么是类加载器，常见的类加载器有哪些？

类加载器是指：通过一个类的全限定性类名获取该类的二进制字节流叫做类加载器；类加载器分为以下四种：

• 启动类加载器（BootStrapClassLoader）：用来加载java核心类库，无法被java程序直接引用；

• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：用来加载java的扩展库，java的虚拟机实现会提供一个扩展库目录，该类加载器在扩展库目录里面查找并加载java类；

• 系统类加载器（AppClassLoader）：它根据java的类路径来加载类，一般来说，java应用的类都是通过它来加载的；

• 自定义类加载器：由java语言实现，继承自ClassLoader；

19. 什么是双亲委派模型？为什么需要双亲委派模型？

当一个类加载器收到一个类加载的请求，他首先不会尝试自己去加载，而是将这个请求委派给父类加载器去加载，只有父类加载器在自己的搜索范围类查找不到给类时，子加载器才会尝试自己去加载该类；

为了防止内存中出现多个相同的字节码；因为如果没有双亲委派的话，用户就可以自己定义一个java.lang.String类，那么就无法保证类的唯一性。

补充：那怎么打破双亲委派模型？

自定义类加载器，继承ClassLoader类，重写loadClass方法和findClass方法。

20. 列举一些你知道的打破双亲委派机制的例子，为什么要打破？

• JNDI 通过引入线程上下文类加载器，可以在 Thread.setContextClassLoader 方法设置，默认是应用程序类加载器，来加载 SPI 的代码。有了线程上下文类加载器，就可以完成父类加载器请求子类加载器完成类加载的行为。打破的原因，是为了 JNDI 服务的类加载器是启动器类加载，为了完成高级类加载器请求子类加载器（即上文中的线程上下文加载器）加载类。

• Tomcat，应用的类加载器优先自行加载应用目录下的 class，并不是先委派给父加载器，加载不了才委派给父加载器。

  tomcat之所以造了一堆自己的classloader，大致是出于下面三类目的：

  • 对于各个 webapp中的 class和 lib，需要相互隔离，不能出现一个应用中加载的类库会影响另一个应用的情况，而对于许多应用，需要有共享的lib以便不浪费资源。

  • 与 jvm一样的安全性问题。使用单独的 classloader去装载 tomcat自身的类库，以免其他恶意或无意的破坏；

  • 热部署。

  tomcat类加载器如下图：

  

• OSGi，实现模块化热部署，为每个模块都自定义了类加载器，需要更换模块时，模块与类加载器一起更换。其类加载的过程中，有平级的类加载器加载行为。打破的原因是为了实现模块热替换。

• JDK 9，Extension ClassLoader 被 Platform ClassLoader 取代，当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前，要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责那个模块的加载器完成加载。打破的原因，是为了添加模块化的特性。

21.说一下 JVM 调优的命令？

• jps：JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。

• jstat：jstat(JVM statistics Monitoring)是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

• jmap：jmap(JVM Memory Map)命令用于生成heap dump文件，如果不使用这个命令，还阔以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数来让虚拟机出现OOM的时候·自动生成dump文件。 jmap不仅能生成dump文件，还阔以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如当前使用率、当前使用的是哪种收集器等。

• jhat：jhat(JVM Heap Analysis Tool)命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看。在此要注意，一般不会直接在服务器上进行分析，因为jhat是一个耗时并且耗费硬件资源的过程，一般把服务器生成的dump文件复制到本地或其他机器上进行分析。

• jstack：jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。 如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。