八股文之jvm
文章目录
- jvm虚拟机
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- 说一下 JVM 运行时数据区
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- 说一下堆栈的区别？
- 队列和栈是什么？有什么区别？
- 对象创建方式
- 垃圾回收算法
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- 标记-清除算法
- 复制算法
- 标记-整理算法
- 分代收集算法（Generational Collection）
- 描述一下JVM加载Class文件的原理机制
- 什么是类加载器，类加载器有哪些?
- 说一下类装载的执行过程？
- 什么是双亲委派模型？
- 常用的 JVM 调优的参数都有哪些？
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- 堆内存划分
jvm虚拟机
说一下 JVM 运行时数据区
- 程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作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，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；
- Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
- 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
- Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线 程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
- 方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
说一下堆栈的区别？
物理地址
堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配，所以有各种算法。比如，标记-消除，复制，标记-压缩，分代（即新生代使用复制算法，老年代使用标记——压缩）
栈使用的是数据结构中的栈，先进后出的原则，物理地址分配是连续的。所以性能快。
内存分别
堆因为是不连续的，所以分配的内存是在运行期确认的，因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。
栈是连续的，所以分配的内存大小要在编译期就确认，大小是固定的。
存放的内容
堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储
栈存放：局部变量，操作数栈，返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。
队列和栈是什么？有什么区别？
队列和栈都是被用来预存储数据的。
- 操作的名称不同。队列的插入称为入队，队列的删除称为出队。栈的插入称为进栈，栈的删除称为出栈。
- 可操作的方式不同。队列是在队尾入队，队头出队，即两边都可操作。而栈的进栈和出栈都是在栈顶进行的，无法对栈底直接进行操作。
- 操作的方法不同。队列是先进先出（FIFO），即队列的修改是依先进先出的原则进行的。新来的成员总是加入队尾（不能从中间插入），每次离开的成员总是队列头上（不允许中途离队）。而栈为后进先出（LIFO）,即每次删除（出栈）的总是当前栈中最新的元素，即最后插入（进栈）的元素，而最先插入的被放在栈的底部，要到最后才能删除。
对象创建方式
| 使用new关键字 | 调用了构造函数 |
|---|---|
| 使用Class的newInstance方法 | 调用了构造函数 |
| 使用Constructor类的newInstance方法 | 调用了构造函数 |
| 使用clone方法 | 没有调用构造函数 |
| 使用反序列化 | 没有调用构造函数 |
垃圾回收算法
- 标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
- 复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
- 标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
- 分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。
标记-清除算法
标记无用对象，然后进行清除回收。
标记-清除算法（Mark-Sweep）是一种常见的基础垃圾收集算法，它将垃圾收集分为两个阶段：
- 标记阶段：标记出可以回收的对象。
- 清除阶段：回收被标记的对象所占用的空间。
标记-清除算法之所以是基础的，是因为后面讲到的垃圾收集算法都是在此算法的基础上进行改进的。
优点：实现简单，不需要对象进行移动。
缺点：标记、清除过程效率低，产生大量不连续的内存碎片，提高了垃圾回收的频率。
标记-清除算法的执行的过程如下图所示
复制算法
为了解决标记-清除算法的效率不高的问题，产生了复制算法。它把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾收集时，遍历当前使用的区域，把存活对象复制到另外一个区域中，最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收。
优点：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片。
缺点：可用的内存大小缩小为原来的一半，对象存活率高时会频繁进行复制。
复制算法的执行过程如下图所示
标记-整理算法
在新生代中可以使用复制算法，但是在老年代就不能选择复制算法了，因为老年代的对象存活率会较高，这样会有较多的复制操作，导致效率变低。标记-清除算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此就出现了一种标记-整理算法（Mark-Compact）算法，与标记-整理算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使他们紧凑的排列在一起，然后对端边界以外的内存进行回收。回收后，已用和未用的内存都各自一边。
优点：解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题。
缺点：仍需要进行局部对象移动，一定程度上降低了效率。
标记-整理算法的执行过程如下图所示
分代收集算法（Generational Collection）
GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。
“分代收集”算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。
描述一下JVM加载Class文件的原理机制
Java中的所有类，都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类，而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候，我们几乎不需要关心类的加载，因为这些都是隐式装载的，除非我们有特殊的用法，像是反射，就需要显式的加载所需要的类。
类装载方式，有两种 ：
1.隐式装载， 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中，
2.显式装载， 通过class.forname()等方法，显式加载需要的类
Java类的加载是动态的，它并不会一次性将所有类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。
什么是类加载器，类加载器有哪些?
实现通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器。
主要有一下四种类加载器:
- 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)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(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
- 系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
- 用户自定义类加载器，通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现。
说一下类装载的执行过程？
类装载分为以下 5 个步骤：
- 加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
- 验证：检查加载的 class 文件的正确性；
- 准备：在方法区中分配这些变量所使 用的内存空间；
- 解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示（字面量），而在直接引用直接指向内存中的地址；
- 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。
什么是双亲委派模型？
在介绍双亲委派模型之前先说下类加载器。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性，每一个类加载器，都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存，然后再转化为 class 对象。
类加载器分类：
- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；
- 其他类加载器：
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库；
- 应用程序类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。
双亲委派模型：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载无法完成加载请求（它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类。
当一个类收到了类加载请求时，不会自己先去加载这个类，而是将其委派给父类，由父类去加载，如果此时父类不能加载，反馈给子类，由子类去完成类的加载。
常用的 JVM 调优的参数都有哪些？
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-Xms2g：初始化推大小为 2g；
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-Xmx2g：堆最大内存为 2g；
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-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
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-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
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参数 描述 -Xms 堆内存初始大小，单位m、g -Xmx（MaxHeapSize） 堆内存最大允许大小，一般不要大于物理内存的80% -XX:PermSize 非堆内存初始大小，一般应用设置初始化200m，最大1024m就够了 -XX:MaxPermSize 非堆内存最大允许大小 -XX:NewSize（-Xns） 年轻代内存初始大小 -XX:MaxNewSize（-Xmn） 年轻代内存最大允许大小，也可以缩写 -XX:SurvivorRatio=8 年轻代中Eden区与Survivor区的容量比例值，默认为8，即8:1 -Xss 堆栈内存大小
堆内存划分
- JVM内存划分为堆内存和非堆内存，堆内存分为年轻代（Young Generation）、老年代（Old Generation），非堆内存就一个永久代（Permanent Generation）。
- 年轻代又分为Eden和Survivor区。Survivor区由FromSpace和ToSpace组成。Eden区占大容量，Survivor两个区占小容量，默认比例是8:1:1。
- 堆内存用途：存放的是对象，垃圾收集器就是收集这些对象，然后根据GC算法回收。
- 非堆内存用途：永久代，也称为方法区，存储程序运行时长期存活的对象，比如类的元数据、方法、常量、属性等。
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Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年 代。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4Si6mgtT-1660051666471)(C:\Users_JackDawson\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201115151055425.png)]
新生代
是用来存放新生的对象。一般占据堆的 1/3 空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发 MinorGC 进行垃圾回收。新生代又分为 Eden 区、ServivorFrom、ServivorTo 三个区。
Eden区
Java 新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老 年代）。当 Eden 区内存不够的时候就会触发 MinorGC，对新生代区进行 一次垃圾回收。
From区
上一次 GC 的幸存者，作为这一次 GC 的被扫描者
To区
保留了一次 MinorGC 过程中的幸存者
MinorGC 的过程（复制->清空->互换）
采用复制算法
1：eden、servicorFrom 复制到 ServicorTo，年龄+1
首先，把 Eden 和 ServivorFrom 区域中存活的对象复制到 ServicorTo 区域（如果有对象的年 龄以及达到了老年的标准，则赋值到老年代区），同时把这些对象的年龄+1（如果 ServicorTo 不 够位置了就放到老年区）；
2：清空 eden、servicorFrom
然后，清空 Eden 和 ServicorFrom 中的对象；
3：ServicorTo 和 ServicorFrom 互换
最后，ServicorTo 和 ServicorFrom 互换，原 ServicorTo 成为下一次 GC 时的 ServicorFrom 区
老年代
主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。 老年代的对象比较稳定，所以 MajorGC 不会频繁执行。在进行 MajorGC 前一般都先进行 了一次 MinorGC，使得有新生代的对象晋身入老年代，导致空间不够用时才触发。当无法找到足 够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前触发一次 MajorGC 进行垃圾回收腾出空间。 MajorGC 采用标记清除算法：首先扫描一次所有老年代，标记出存活的对象，然后回收没 有标记的对象。MajorGC 的耗时比较长，因为要扫描再回收。MajorGC 会产生内存碎片，为了减 少内存损耗，我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的 时候，就会抛出 OOM（Out of Memory）异常
永久代
指内存的永久保存区域，主要存放 Class 和 Meta（元数据）的信息,Class 在被加载的时候被 放入永久区域，它和和存放实例的区域不同,GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这 也导致了永久代的区域会随着加载的 Class 的增多而胀满，最终抛出 OOM 异常。
java8元数据
java中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。元空间 的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用 本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入 native memory, 字符串池和类的静态变量放入 java 堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由 MaxPermSize 控制, 而由系统的实际可用空间来控制。