JVM

基于JDK8

1. 說(shuō)一說(shuō)JVM的主要組成部分

• 方法區(qū)和堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域；而虛擬機(jī)棧、本地方法棧和程序計(jì)數(shù)器的運(yùn)行是線程私有的內(nèi)存區(qū)域，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域就是我們常說(shuō)的JVM的內(nèi)存。
• 類加載子系統(tǒng)：根據(jù)給定的全限定名類名(如：java.lang.Object)來(lái)裝載class文件到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中的方法區(qū)中。
• Java堆是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，也是垃圾回收的主要區(qū)域。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。
• 方法區(qū)與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
• 程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，用來(lái)指示執(zhí)行引擎下一條執(zhí)行指令的地址。
• Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、返回方法地址等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。
• 本地方法棧（Native Method Stacks）,本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過(guò)是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。
• 執(zhí)行引擎：根據(jù)程序計(jì)數(shù)器中存儲(chǔ)的指令地址執(zhí)行classes中的指令。
• 本地接口：與本地方法庫(kù)交互，是其它編程語(yǔ)言交互的接口。

2. 說(shuō)一下 JVM 的作用？

首先通過(guò)編譯器把 Java 代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼，類加載器（ClassLoader）再把字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime data area）的方法區(qū)內(nèi)，而字節(jié)碼文件只是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器執(zhí)行引擎（Execution Engine），將字節(jié)碼翻譯成底層系統(tǒng)指令，再交由 CPU 去執(zhí)行，而這個(gè)過(guò)程中需要調(diào)用其他語(yǔ)言的本地庫(kù)接口（Native Interface）來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的功能。

3. 說(shuō)一下堆棧的區(qū)別？

物理地址

堆的物理地址分配對(duì)象是不連續(xù)的。因此性能慢些。在GC的時(shí)候也要考慮到不連續(xù)的分配，所以有各種算法。比如，標(biāo)記-消除，復(fù)制，標(biāo)記-壓縮，分代（即新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記——壓縮）

棧使用的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧，先進(jìn)后出的原則，物理地址分配是連續(xù)的。所以性能快。

內(nèi)存分別

堆因?yàn)槭遣贿B續(xù)的，所以分配的內(nèi)存是在運(yùn)行期確認(rèn)的，因此大小不固定。一般堆大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棧。

棧是連續(xù)的，所以分配的內(nèi)存大小要在編譯期就確認(rèn)，大小是固定的。

存放的內(nèi)容

堆存放的是對(duì)象的實(shí)例和數(shù)組。因此該區(qū)更關(guān)注的是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

棧存放：局部變量，操作數(shù)棧，返回結(jié)果。該區(qū)更關(guān)注的是程序方法的執(zhí)行。

PS：

靜態(tài)變量放在方法區(qū) 靜態(tài)的對(duì)象還是放在堆。 程序的可見(jiàn)度

堆對(duì)于整個(gè)應(yīng)用程序都是共享、可見(jiàn)的。

棧只對(duì)于線程是可見(jiàn)的。所以也是線程私有。他的生命周期和線程相同。

4. Java內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄漏是指不再被使用的對(duì)象或者變量一直被占據(jù)在內(nèi)存中。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，只有對(duì)象不會(huì)再被程序用到了，但是GC又不能回收他們的情況，才叫內(nèi)存泄漏。

理論上來(lái)說(shuō)，Java是有GC垃圾回收機(jī)制的，也就是說(shuō)，不再被使用的對(duì)象，會(huì)被GC自動(dòng)回收掉，自動(dòng)從內(nèi)存中清除。

但是，即使這樣，Java也還是存在著內(nèi)存泄漏的情況，java導(dǎo)致內(nèi)存泄露的原因很明確：長(zhǎng)生命周期的對(duì)象持有短生命周期對(duì)象的引用就很可能發(fā)生內(nèi)存泄露，盡管短生命周期對(duì)象已經(jīng)不再需要，但是因?yàn)殚L(zhǎng)生命周期對(duì)象持有它的引用而導(dǎo)致不能被回收，這就是java中內(nèi)存泄露的發(fā)生場(chǎng)景。

5. JVM 有哪些垃圾回收算法？

• 標(biāo)記-清除算法：標(biāo)記有用對(duì)象，然后進(jìn)行清除回收。缺點(diǎn)：效率不高，無(wú)法清除垃圾碎片。
• 復(fù)制算法：按照容量劃分二個(gè)大小相等的內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)一塊用完的時(shí)候?qū)⒒钪膶?duì)象復(fù)制到另一塊上，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉。缺點(diǎn)：內(nèi)存使用率不高，只有原來(lái)的一半，消耗內(nèi)存。
• 標(biāo)記-整理算法：標(biāo)記無(wú)用對(duì)象，讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清除掉端邊界以外的內(nèi)存。
• 分代算法：根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊，一般是新生代和老年代，新生代基本采用復(fù)制算法，老年代采用標(biāo)記整理算法。

6. 說(shuō)一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

7. 說(shuō)一下類加載的執(zhí)行過(guò)程？

• 加載：根據(jù)查找路徑找到相應(yīng)的 class 文件然后裝載入內(nèi)存中；

• 驗(yàn)證：檢查加載的 class 文件的正確性；
• 準(zhǔn)備：給類中的靜態(tài)變量分配內(nèi)存空間；
• 解析：虛擬機(jī)將常量池中的符號(hào)引用替換成直接引用的過(guò)程。符號(hào)引用就理解為一個(gè)標(biāo)示，而在直接引用直接指向內(nèi)存中的地址；
• 初始化：對(duì)靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊執(zhí)行初始化工作。

8. 什么是雙親委派模型？為什么要使用雙親委派模型？

什么是雙親委派模型

• 當(dāng)需要加載一個(gè)類的時(shí)候，子類加載器并不會(huì)馬上去加載，而是依次去請(qǐng)求父類加載器加載
• 如果父類加載器還存在其父類加載器，則進(jìn)一步向上委托，依次遞歸，請(qǐng)求最終將到達(dá)頂層的啟動(dòng)類加載器；
• 如果父類加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回，倘若父類加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載，這就是雙親委派模式。

為什么要使用雙親委派模型

可以防止內(nèi)存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼，如果沒(méi)有雙親委派模型而是由各個(gè)類加載器自行加載的話，如果用戶編寫了一個(gè)java.lang.Object的同名類并放在ClassPath中，多個(gè)類加載器都去加載這個(gè)類到內(nèi)存中，系統(tǒng)中將會(huì)出現(xiàn)多個(gè)不同的Object類，那么類之間的比較結(jié)果及類的唯一性將無(wú)法保證，而且如果不使用這種雙親委派模型將會(huì)給虛擬機(jī)的安全帶來(lái)隱患。所以，要讓類對(duì)象進(jìn)行比較有意義，前提是他們要被同一個(gè)類加載器加載。

9. CMS垃圾清理的過(guò)程

CMS整個(gè)過(guò)程比之前的收集器要復(fù)雜，整個(gè)過(guò)程分為4個(gè)主要階段，即初始標(biāo)記階段、并發(fā)標(biāo)記階段、重新標(biāo)記階段和并發(fā)清除階段。(涉及STW的階段主要是：初始標(biāo)記 和 重新標(biāo)記 stop-the-world)

• 初始標(biāo)記（Initial-Mark）階段：在這個(gè)階段中，程序中所有的工作線程都將會(huì)因?yàn)椤皊top-the-world”機(jī)制而出現(xiàn)短暫的暫停，這個(gè)階段的主要任務(wù)僅僅只是標(biāo)記出 GC Roots 能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象。一旦標(biāo)記完成之后就會(huì)恢復(fù)之前被暫停的所有應(yīng)用線程。由于直接關(guān)聯(lián)對(duì)象比較小，所以這里的速度非?？臁?/li>
• 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent-Mark）階段：從 Gc Roots 的直接關(guān)聯(lián)對(duì)象開始遍歷整個(gè)對(duì)象圖的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)但是不需要停頓用戶線程，可以與垃圾收集線程一起并發(fā)運(yùn)行。
• 重新標(biāo)記（Remark）階段：由于在并發(fā)標(biāo)記階段中，程序的工作線程會(huì)和垃圾收集線程同時(shí)運(yùn)行或者交叉運(yùn)行，因此為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段的停頓時(shí)間通常會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)一些，但也遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記階段的時(shí)間短。
• 并發(fā)清除（Concurrent-Sweep）階段：此階段清理刪除掉標(biāo)記階段判斷的已經(jīng)死亡的對(duì)象，釋放內(nèi)存空間。由于不需要移動(dòng)存活對(duì)象，所以這個(gè)階段也是可以與用戶線程同時(shí)并發(fā)的

10. 常用的 JVM 調(diào)優(yōu)的參數(shù)都有哪些？

• -XX:NewRatio=4：設(shè)置年輕的和老年代的內(nèi)存比例為 1:4；
• -XX:SurvivorRatio=8：設(shè)置新生代 Eden 和 Survivor 比例為 8:2；
• –XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器組合；
• -XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器組合；
• -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器組合；
• -XX:+PrintGC：開啟打印 gc 信息；
• -XX:+PrintGCDetails：打印 gc 詳細(xì)信息。