【JavaEE初阶】——JVM介绍（面试高频）

文章目录

• 前言
• 一、进程和线程
• 二、JVM进程
• 三、JVM介绍
•       3.1 JVM内存区域划分
•       3.2 JVM类加载
•       3.3 JVM垃圾回收（CG）
• 四、JVM常见选择题
• 总结

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前言

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一、进程和线程

在谈JVM的这些问题前，我们先来复习一下有关线程和进程的关系

进程：

进程可以看作是程序的执行过程。

一个程序的运行需要CPU时间、内存空间、文件以及I/O等资源。

操作系统就是以进程为单位来分配这些资源的，所以说进程是分配资源的基本单位。

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线程：
线程从属于进程，只能在进程的内部活动，多个线程共享进程所拥有的的资源。

如果把进程看作是完成许多功能的任务的集合，那么线程就是集合中的一个任务元素，负责具体的功能。

虽然CPU、内存、I/O等资源分配给了进程，但实际上真正利用这些资源并在CPU上执行的却是线程，即真正完成程序功能的是线程。

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因为进程作为这些资源的拥有者，它的负载很重，在进程的创建、切换、删除过程中的时间和空间开销都很大。

所以目前主流的操作系统都只将进程作为资源的拥有者，而把CPU调度和运行的属性赋予了线程。

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比如打开浏览器程序，会产生相应的进程，浏览器进程中包含有许多线程，如HTTP请求线程，I/O线程，渲染线程，事件响应线程等。

浏览器进程拥有着内存和I/O资源等，但当我们在浏览器中输入文字时，真正使用I/O资源接收我们输入的文字，并在CPU处理文字的却是浏览器进程中的I/O线程。

即真正完成浏览器文字输入功能的是线程。

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图示说明解析：

现代很多操作系统支持让一个进程包含多个线程，从而提高程序的并行程度和资源的利用率。

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二、JVM进程

我们知道Java语言是需要运行在JVM上的。

实际上，JVM也是一个软件程序，这就意味着它执行起来也会在操作系统中创建进程，即JVM进程，通常又叫JVM实例。

而我们所写的main方法，实际上就是JVM进程中主线程的所在。

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从操作系统的角度来看，我们常说的Java程序，应该包括JVM和我们编写的Java代码。

当我们写完Java代码，并编译成class文件后，使用Java命令执行main方法；或者直接在IDE启动main方法时，JVM程序就会执行，操作系统会将其从磁盘中装入内存，并创建一个JVM进程，随后启动主线程，主线程会去调用某个类的 main 方法，因此这个主线程就是我们写的main方法所在。

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实际上，JVM本身就是一个多线程应用，即使我们在代码中并没有手动的创建线程，JVM进程也并不是只有一个主线程，而是也会有其他线程。

这些线程完成着JVM的功能，如GC线程负责回收JVM使用过程中的垃圾对象。

JVM进程启动完成后，必然会有的线程如下：

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至此，我们知道了，启动一个Java程序，本质上就是启动JVM程序，并在操作系统中创建一个JVM进程。

这个JVM进程会由操作系统分配许多资源，如内存、I/O等。JVM进程中包含有许多线程，这些线程共享JVM进程分配到的资源，同时这些线程也是CPU核心上执行的实体，它们完成着JVM所具有的功能。

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同时我们通过实验也能发现，启动多少个java程序，就会创建多少个JVM进程（JVM实例）。

每个实例都是独立的，互不影响，即一个程序（一个JVM软件程序）可以被多个进程共用（创建多个JVM进程或者说JVM实例）

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三、JVM介绍

3.1 JVM内存区域划分

总的来说，JVM大致可以分为四部分：

• 栈
• 堆
• 方法区
• 程序计数器

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大家对java中的变量应该都不陌生吧！变量分为全局变量、局部变量、静态变量；

注意：

我们这里说的是JVM中的栈和堆，和操作系统的栈和堆、数据结构中的栈和堆是不同的。

大家以后再被问到栈和堆的时候，一定要搞清楚是哪里面的栈和堆。

举例说明：

代码示例：

public class test {
    public int a; // 全局变量（也可叫做test这个类的成员变量）
    public static int b; // 静态变量
    public void method() {
        int c = 0; // 局部变量
        System.out.println("这是test这个类的一个普通成员方法");
    }
    public static void run() {
        System.out.println("这是一个静态方法！"); // 静态方法不需要借助实例化对象
    }
    public static void main(String[] args) {
        test test1 = new test(); // test1 是test类的一个实例化对象
        test test2 = new test(); // test2 是另一个实例化对象
    }
}

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局部变量就是存储在栈上的，

全局变量属于我们new出来的实例化对象的一部分，储存在堆上，

静态变量就比较特殊了，他存储在方法区中。

那么我们栈上还有什么东西呢？

还有我们类中各个方法间的调用关系。

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在回到堆中，我们到我们new出来的实例化对象是存储在堆上的，我们的实例化出来的每个对象都有他对应的变量和方法（即我们的成员方法和成员变量），他们自然和对象一起都储存在堆上。

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那静态变量和静态方法呢？

他们不属于我们实例化出来的对象，他们是在我们我们这个类创建出来的时候就存在了，不依托实例化对象。他们属于类对象，我们方法区里放到就是类对象。

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那么类对象里有啥呢？

包括类是啥名字

继承自谁，实现了那些接口

有啥属性，属性名是啥，类型是啥，访问权限是啥

有什么方法，方法名是?参数是？返回值？访问权限？方法内部的指令是？方法里面干了什么？

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总之类对象对我们这个类做了一个整体的描述，

一个类可以有多个实例化对象，但只有一个类对象

（即每个静态变量和静态方法在不同的实例化对象中也只有一个）。

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总结一下

• 栈（方法之间的调用关系、局部变量）
• 堆（实例化出来的对象：全局变量（也叫成员变量）、成员方法）
• 方法区（类对象：静态变量、静态方法....)

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程序计数器：
占地最小的区域：只是单纯的保存当前代码执行到哪个指令了(存储了下一个要执行的指令地址)

写好的代码,是被加载到内存里的(类对象中)，既然是在内存中,每个指令都有对应的"地址"

程序计数器就是记录了当前执行到哪条指令了相当于一个"书签"这个也是和线程调度是有关系

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就像我们上面说的，当我们启动一个java，启动main方法的时候，我们JVM程序就会执行，就会创建出来一个JVM进程，同时还会有多个线程来负责完成JVM的工作。

那么我想问，是每个线程都有上面这四个区域吗？

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不是的，我们的方法区 和 堆是整个JAVA进程中只有一份的（该进程内的多个线程共享这一份资源），但程序计数器和栈，则是每个线程都有一份。

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为啥呢？？

操作系统cpu等相关资源分配给进程，该进程内的所有线程共享该进程的所有资源，线程是执行的基本单位。

每个线程在执行各自执行各自的代码，各自是一个执行流，所有说每个线程都需要知道接下来要执行的指令是什么（程序计数器的功能）？每个线程也需要记录下当前的调用栈（存在方法区）

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图示说明：

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3.2 JVM类加载

Java程序启动的时候，就需要让JVM把class文件给读进内存并进行一系列后续的工作。

类加载流程：

1、加载  找到class文件，打开文件，读文件，创建空的类对象

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2、链接

• 验证 —— 检查.class文件格式是否符合规范要求（JVM规范中明确描述了）
• 准备 —— 给静态变量分配内存空间，空间里填充0值。
• 解析 —— 把字符串常量进行初始化，把“符合引用替换成直接引用”

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3、初始化

针对类的静态成员进行初始化，执行静态代码块，如果这个类的父类还没加载，也要去加载父类。

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面试官最爱考的就是

——“双亲委派模型”（描述了是类加载中的加载阶段，去那些目录里找.class文件）

为了理解所谓的双亲委派模型，我们需要知道：

类加载器——JVM中特殊的模块，功能就是负责把类给加载起来，完成类加载的工作。

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图示说明：

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3.3 JVM垃圾回收（CG）

大家还记得吗？在C语言中，我们通过malloc动态申请内存（申请的内存是在堆中），每次申请完后都要我们手动释放内存（free)。

如果不释放就回造成内存泄漏等严重问题。但是如果光指望我们程序员手动释放内存，那显然是不靠谱的。

为在Java中就由机器负责回收不再使用的内存空间——这种机制就被称为内存回收机制（garbage collection简称GC）

高频面试题目

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1、垃圾回收中，回收的是什么？

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2、如何确定该对象是需要回收的？

那么我们知道了回收的单位是对象，那么我们如何具体确定某个对象就是垃圾（不再使用了呢）呢？

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确定是不是垃圾，有很多种办法。其中Java里主要使用的是“可达行分析”这种办法，

在别的编程语言中（比如Python)中使用的是“引用计数这种方法”。

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注意：

在《深入理解Java虚拟机》这本书中，这两种办法都有提到。

• 那么如果我们在面试中被问到：在垃圾回收机制中，如何判断对象是不是垃圾？你可以两个都说。
• ​​​​如果问的是：在JVM中，如何判断对象是不是垃圾，你只需回答“可达性分析”就行。

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 引用计数法

使用额外的计数器，来记录对于某个对象来说，有多少引用指向他。

要想使用对象，就需要有引用指向他，如果没用引用了——引用计数为0了，说明该对象无法被使用了，也就是需要回收的垃圾了。

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可达性分析（Java真正采取的方法）

可达性，什么意思呢？

就是以代码中的一些特殊变量为起点，然后以起点触发，看看那些对象都能被访问到。

只要对象能访问到，就标记为“可达”，当完成一圈标记后，剩下的就是“不可达“的了，也就是要回收的垃圾了！！！

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我们对上面的一些名词做一些解释

一、什么样的变量可以可以称为起点（GCRoot）呢？

1、局部变量表中的对对象的引用（栈里面的局部变量，栈有多个，每个线程一个，每个栈里面又有很多的栈帧，每个栈帧里有一个自己的局部变量表。）

意思就是：所有线程的所有栈的所有栈帧的所有的局部变量表中的全部的变量，都可视为GCRoot.

2、常量池中对应的对象

3、方法区中，静态引用类型的成员

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二、什么叫做”能够被访问到？

图示说明：

可达性分析相比于引用计数来说，不会占用额外的内存空间；

也不会涉及到循环引用的问题；

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3、确定要回收的对象后，如何具体进行垃圾回收？

有以下几个笔记经典的垃圾回收算法（策略）

1、标记-清除

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2、复制算法（为了解决内存碎片化问题）

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3、标记整理（类似于顺序表删除元素）

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 4、分代回收

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分代回收总结：

1. 在伊甸区，新生的对象，如果活过了一轮GC（一轮GC以及把大部分对象给回收了，活过一轮GC的是少数），就把这些幸存的对象放到幸存区（因为对象少，所以幸存区的空间不大）
2. 幸存区的对象使用复制算法，因为数量较少，即使浪费了一半的内存也没关系。
3. 老年代的对象使用标记整理算法，因为老年代对象他被回收的频率不高，就可以接收标记整理带来的开销

图示总结说明：

1.堆内存为两个区:新生代和老年代;

2.新生代默认占堆内存的1/3，老年代默认占堆内存的2/3;

3.新生代又分为Eden区、Survivor From区、Survivor To区默认比例是8:1:1 ;

4.工作过程:

1. 所有新创建的对象都在Eden区，当Eden区内存满后将Eden区+Survivor From区存活的对象复制到Survivor To区;
2. 清空Eden区与Survivor From区;
3. 同时Survivor From与Survivor To分区进行交换;
4. 每次Minor Gc存活对象年龄加1，当年龄达到15(默认值)岁时，被移到老年代;
5. 当Eden的空间无法容纳新创建的对象时，这些对象直接被移至老年代;
6. 当老年代空间占用达到阈值时，触发Major GC;
7. 以上流程循环执行。

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四、JVM常见选择题

GC Roots的判断

题目：

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解析：

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JVM的实现

题目：

属于JVM在Java中的实现的是

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解析：

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类加载器

题目：

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解析：

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垃圾回收器和垃圾回收算法的区别

题目：

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解析：

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JVM内存划分

题目：

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解析：

总结