12、JVM高频面试题

1、JVM的主要组成部分有哪些

JVM主要分为下面几部分

• 类加载器：负责将字节码文件加载到内存中

• 运行时数据区：用于保存java程序运行过程中需要用到的数据和相关信息

• 执行引擎：字节码文件并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎将字节码翻译成底层系统指令

• 本地库接口：会被执行引擎调用参与字节码的翻译

在这里面最主要的部分是运行时数据区，它又由五部分构成，分别是：堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计数器

• 堆是对象实例存储的主要区域
• 方法区可以认为是堆的一部分，用于存储已被虚拟机加载的信息，比如常量、静态变量等等
• 栈是程序方法运行的主要区域，栈里面存的是栈帧，栈帧里面存的是局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息
• 本地方法栈与栈功能相同，区别在于本地方法栈执行的是本地方法，即一个Java调用非Java代码的接口
• 程序计数器主要存放的是当前线程所执行的字节码的行号，用于记录正在执行的字节码指令的地址

2、堆栈的区别是什么

堆和栈都是JVM的主要组成部分，不同点在于：

• 栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的
• 堆会GC垃圾回收，而栈不会
• 栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的
• 两者异常错误不同，栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError，堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError

3、JVM的类加载器有哪些

类加载器的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。根据各自加载范围的不同，主要划分为四种类加载器：

• 启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库

• 扩展类加载器(ExtClassLoader)：用于加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库

• 应用类加载器(AppClassLoader)：用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类

• 自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则

4、什么是双亲委派模型

双亲委派模型是Java中的一种类加载机制。

在双亲委派模型中，类加载器之间形成了一种层次继承关系，从顶端开始依次是：启动类加载器->扩展类加载器->应用类加载器->自定义类加载器

当一个类加载器需要加载某个类时，它首先会委派给其上层类加载器去尝试加载该类。如果父类加载器无法加载该类，子类加载器才会尝试加载。

这种层次关系形成了一个从上到下的委派链。

双亲委派模型的主要目的是保证Java类的安全性和避免类的重复加载。当一个类加载器收到加载请求时，它会首先检查自己是否已经加载了该类。

如果已经加载，则直接返回该类的Class对象；如果未加载，则将加载请求委派给父类加载器。

父类加载器也会按照同样的方式进行检查，直到顶层的启动类加载器。如果顶层的启动类加载器无法加载该类，那么子类加载器会尝试自己加载。

这样可以避免同一个类被不同的类加载器加载多次，确保类的唯一性。

双亲委派模型的优势在于能够保证类的一致性和安全性。

通过委派链的机制，可以避免恶意代码通过自定义的类加载器加载替换系统核心类，从而提高了Java程序的安全性。

此外，通过双亲委派模型，可以实现类的共享和重用，减少内存占用和加载时间，提高了系统的性能。

5、说一下类加载器的执行过程

类从被加载到虚拟机内存中开始，直到卸载出内存为止，整个生命周期包括了7个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

1. 加载: 这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象
2. 验证: 这个阶段的主要目的是为了确保Class文件包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全
3. 准备: 这个阶段正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值，注意这里的初始值指的是默认值，而不是代码=后的实际值
4. 解析: 这个阶段将符号引用替换为直接引用，比如方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接引用方法
5. 初始化: 这个阶段是执行类构造器方法的过程，是类加载的最后一步，到了这一步Java虚拟机才开始真正执行类中定义的Java程序代码(字节码)
6. 使用: 这个节点程序在运行
7. 卸载: 这个阶段类Class对象被GC

6、怎么判断对象是否可以被回收

在堆中存放着几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事就是要确定哪些对象是要回收的

JVM认为不被引用的对象就是可以被回收的对象，而它确认对象是否还在被引用的算法主要有两种：引用计数法和可达性分析算法

1. 引用计数法

   在对象头处维护一个counter，每增加一次对该对象的引用，计数器自加，如果对该对象的引用失联，则计数器自减

   当counter为0时，表明该对象已经被废弃，不处于存活状态,

   但是此方法存在问题，假设两个对象相互引用始终无法释放counter，则永远不能GC

2. 可达性分析算法

   通过一系列为GC Roots的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链

   当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明该对象是不可用的

   可以作为GC Roots的对象一般有栈中引用的对象 、方法区中类静态属性引用的对象以及

7、JVM的垃圾回收算法有哪些

目前JVM中的垃圾回收算法主要有四个，分别是：标记清除算法、标记-整理算法、复制算法和分代收集算法

1. 标记清除算法是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除

   它会先使用根据可达性分析算法找到垃圾资源进行标记，然后对这些标记为可回收的内容进行垃圾回收

   这种算法的主要不足有两个：

   • 效率问题，标记和清除阶段都要遍历多有对象，并且在GC时，需要停止应用程序，对于交互性要求比较高的应用而言这个体验是非常差的

   • 空间问题，对象被回收之后会产生大量不连续的内存碎片，当需要分配较大对象时，由于找不到合适的空闲内存而不得不再次触发垃圾回收动作

2. 标记整理算法也是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和整理清除

   它的第一阶段也是会先将存活的对象先标记出来

   不一样的地方在于第二阶段，它会将所有存活的对象向前移动放在一起，然后将无用空间回收，这样就会出现连续的可用空间了

   所以它解决了空间碎片问题，但是效率低的问题依旧存在

3. 复制算法，将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一半

   在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将当前内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。

   这种算法的缺点在于分配2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率较低

4. 分代收集算法，它会将整个堆内存分成几部分空间，每个空间中放入不同类型的对象，然后各自适合的算法回收

   在JDK8时，堆被分为了两份：新生代和老年代，默认空间比例为1:2

   对于新生代，内部又被分为了三个区域：Eden区，S0区，S1区，，默认空间比例为8：1：1

它的基本工作机制是：

当创建一个对象的时候，这个对象会被分配在新生代的Eden区，当Eden区要满了时候，触发MinorGC

当进行MinorGC后，此时在Eden区存活的对象被移动到S0区，并且当前对象的年龄会加1，清空Eden区

当再一次触发MinorGC的时候，会把Eden区中存活下来的对象和S0中的对象，移动到S1区中，这些对象的年龄会加1，清空Eden区和S0区

当再一次触发YoungGC的时候，会把Eden区中存活下来的对象和S1中的对象，移动到S0区中，这些对象的年龄会加1，清空Eden区和S1区

对象的年龄达到了某一个限定的值（默认15岁），那么这个对象就会进入到老年代中，除此之外，大对象也会直接放入老年代空间

当老年代满了之后，触发FullGC**。**FullGC同时回收新生代和老年代

在上述过程中，新生代中的对象存活率比较低，所以选用复制算法；老年代中对象存活率高，所以使用标记-整理算法

小细节：

1. 当对新生代产生GC：MinorGC，老年代代产生GC：Major GC ，新生代和老年代产生FullGC

2. Minor GC非常频繁，一般回收速度也很快，Major GC一般会伴随一次Minor GC，Major GC的速度要慢很多，一般要比Minor GC慢10倍

3. 占用内存较大的对象，对于虚拟机内存分配是一个坏消息，虚拟机提供了一个-XX:PretenureSizeThreshold让大于这个设置的对象直接存入老年代

4. 虚拟机给每个对象定义了一个Age年龄计数器，对象在Eden中出生并经过第一次Minor GC后仍然存活，年龄+1，此后每熬过一次Minor GC则年龄+1，

当年龄增加到一定程度(默认15岁)，就会晋升到老年代。可通过参数设置晋升年龄 -XX:MaxTenuringThreshold

8、JVM的垃圾回收器都有哪些

JVM中常见的一些垃圾回收器有：

• 新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

• 老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS

• 整堆回收器：G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低

老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收

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