【金三银四】每日一点面试题（Java--JVM篇）

1、说一下 JVM 的主要组成部分及其作用？

JVM（Java虚拟机）是Java程序运行的核心组件，它负责将Java字节码翻译成底层操作系统能够执行的指令。JVM由以下几个主要组成部分构成：

1. 类加载器（Class Loader）：负责将类的字节码加载到内存中，并进行验证、准备和解析等操作。类加载器按照一定的搜索规则查找类文件，并将其加载到内存中，使得程序可以使用这些类。类加载器还支持类的动态加载和卸载。

2. 执行引擎（Execution Engine）：负责执行加载到内存中的字节码指令。执行引擎可以逐行解释执行字节码，也可以将字节码编译成本地机器码再执行。常见的执行引擎有解释器和即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）。

3. 运行时数据区（Runtime Data Area）：是JVM在运行过程中管理数据的区域，包括方法区、堆、栈、程序计数器和本地方法栈等。其中：

   • 方法区（Method Area）用于存储类的结构信息、常量池、静态变量等。
   • 堆（Heap）用于存储对象实例和数组等动态分配的内存。
   • 栈（Stack）用于存储线程执行方法时的局部变量、操作数栈、方法出口等。
   • 程序计数器（Program Counter）用于记录线程当前执行的字节码指令位置。
   • 本地方法栈（Native Method Stack）用于支持Java以外的语言调用。

4. 垃圾收集器（Garbage Collector）：负责自动管理和回收堆内存中不再使用的对象。垃圾收集器通过识别不可达对象，并释放它们的内存空间，从而防止内存泄漏和提高系统性能。

5. JIT编译器（Just-In-Time Compiler）：JIT编译器将热点代码（经常执行的代码块）从解释器转换为本地机器码，以提高程序的执行效率。JIT编译器可以根据程序的实际执行情况进行优化，使得程序在运行过程中逐渐变得更快。

这些组成部分共同协作，使得Java程序能够跨平台运行，并提供了内存管理、安全性、性能优化等功能，使Java成为一种广泛应用的编程语言。

其实可以一句话来解释：类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入
到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个
java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。

2、说一下 JVM 运行时数据区

JVM（Java虚拟机）的运行时数据区是指在JVM运行过程中用来存储数据的不同区域，每个区域都有特定的作用和存储内容。以下是JVM主要的运行时数据区及其作用：

1. 方法区（Method Area）：用于存储类的结构信息、常量池、静态变量等。每个类对应一个Class对象，Class对象包含了类的结构信息，如字段、方法、父类、接口等。方法区是线程共享的区域。

2. 堆（Heap）：用于存储对象实例和数组等动态分配的内存。所有线程共享堆内存。堆内存可以通过-Xms和-Xmx参数来指定初始大小和最大大小。

3. 栈（Stack）：每个线程在执行方法时会创建一个栈帧，栈帧包含了局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。栈内存用于存储方法的局部变量、方法参数、中间计算结果等。栈内存大小可以通过-Xss参数来指定。

4. 程序计数器（Program Counter）：记录当前线程执行的字节码指令位置，是线程私有的数据区域。当线程执行Java方法时，程序计数器指向下一条将要执行的指令地址。

5. 本地方法栈（Native Method Stack）：用于支持Java调用本地方法（Native Method），即使用JNI（Java Native Interface）调用其他编程语言编写的库。本地方法栈与Java虚拟机栈类似，区别在于本地方法栈执行的是本地方法。

这些运行时数据区域共同组成了JVM的内存模型，负责管理程序运行时所需的数据。合理管理这些区域的内存分配和释放对于程序的性能和稳定性具有重要影响。

3、深拷贝和浅拷贝

深拷贝和浅拷贝是编程中处理对象复制操作时经常遇到的概念，特别是在使用引用数据类型（如对象和数组）时。

浅拷贝（Shallow Copy）：

• 浅拷贝指的是复制一个对象的时候，仅仅复制对象本身及其包含的引用，但不复制引用指向的对象本身。
• 在浅拷贝操作中，如果对象的属性是基本数据类型（如字符串、数字、布尔值等），则直接复制这些属性的值；如果属性是引用数据类型（如对象、数组等），则复制的是这些引用数据类型的引用，也就是说，原始对象和浅拷贝对象中的引用类型属性实际上指向同一块内存区域。
• 因此，如果原始对象或浅拷贝对象中的一个修改了引用类型的属性，另一个也会受到影响。

深拷贝（Deep Copy）：

• 深拷贝指的是复制一个对象以及这个对象所有的引用指向的对象的复制。
• 在深拷贝操作中，无论对象的属性是基本数据类型还是引用数据类型，都会复制一份新的出来。对于引用数据类型，会递归地创建一个新的对象或数组，并将原始对象的引用类型属性的内容复制到新对象中。
• 因此，原始对象和深拷贝对象之间完全独立，一个对象的修改不会影响另一个对象。

使用场景：

• 浅拷贝通常用于创建一个对象的备份，但不需要复制嵌套对象，或者嵌套对象不会被修改的情况。
• 深拷贝通常用于需要完全分离原始对象和复制对象的情况，特别是在嵌套对象需要被独立修改时。

4、说一下堆栈的区别？

堆（Heap）和栈（Stack）是在计算机内存管理中常见的两种数据结构，它们在用途、分配方式、存储内容以及管理方式等方面有着明显的区别。

1. 用途：

   • 堆：用于存储动态分配的内存空间，主要用于存储对象实例和数组等。
   • 栈：用于存储方法的局部变量、方法参数、中间计算结果以及方法调用的栈帧等。

2. 分配方式：

   • 堆：由程序员手动申请和释放内存，通常通过new关键字分配堆内存，由Java虚拟机的垃圾回收器自动回收不再使用的对象。
   • 栈：由编译器自动分配和释放内存，遵循"先进后出"的原则，方法调用时会在栈上创建一个栈帧，方法执行结束时会弹出栈帧。

3. 存储内容：

   • 堆：存储对象的实例和数组，对象在堆上分配内存，但实际对象本身可能位于堆上或者栈上。
   • 栈：存储方法的局部变量、方法参数、中间计算结果等，以及方法调用的相关信息。

4. 管理方式：

   • 堆：由垃圾回收器自动管理内存，负责回收不再使用的对象以及内存碎片整理等操作。
   • 栈：由编译器和运行时系统自动管理，保证方法的局部变量等数据的正确分配和释放。

总的来说，堆和栈在内存管理中扮演着不同的角色。堆用于存储动态分配的内存，主要用于存储对象实例和数组；而栈用于存储方法调用的局部变量和方法调用信息。在Java中，对象实例通常存储在堆上，而方法调用的局部变量等数据则存储在栈上。

5、队列和栈是什么？有什么区别？

队列（Queue）和栈（Stack）是计算机科学中两种常见的数据结构，它们在元素存储和访问方面有着明显的区别。

1. 队列（Queue）：

   • 队列是一种先进先出（First In First Out, FIFO）的数据结构，类似于现实生活中排队的概念。在队列中，新的元素被添加到队尾，而从队列中移除元素时则是从队头开始移除。这样保证了最先进入队列的元素会最先被取出。
   • 常见的队列实现包括普通队列、双端队列和优先级队列等。

2. 栈（Stack）：

   • 栈是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，类似于现实生活中堆放盘子的概念。在栈中，新的元素被压入栈顶，而从栈中移除元素时也是从栈顶开始移除。这样保证了最后压入栈的元素会最先被弹出。
   • 常见的栈实现包括普通栈和双端栈等。

3. 区别：

   • 主要区别在于元素的存储和访问顺序。队列是先进先出的，而栈是后进先出的。
   • 队列适用于需要按照先后顺序处理元素的场景，例如任务调度、消息传递等；栈适用于需要反向处理元素的场景，例如表达式求值、函数调用等。
   • 在实际应用中，队列和栈都有各自的优点和用途，具体选择取决于所需的数据操作方式和算法需求。

总的来说，队列和栈是两种常见的数据结构，它们在元素存储和访问顺序上有明显的区别，分别适用于不同的应用场景和算法需求。

6、HotSpot虚拟机对象探秘

在HotSpot虚拟机中，当遇到一条new指令时，会按照以下步骤来处理对象的创建和内存分配过程：

1. 检查常量池和类加载：

   • 虚拟机首先检查常量池中是否已经加载了相应的类。如果没有加载，就需要执行类加载过程，包括加载、验证、准备、解析和初始化等步骤。

2. 内存分配：

   • 根据Java堆中内存的规整性，选择合适的分配方式：
     • 如果Java堆内存是绝对规整的，可以使用“指针碰撞”方式分配内存，即在堆内存中找到合适大小的内存块进行分配。
     • 如果Java堆内存不规整，就需要从空闲列表中分配内存，这种方式称为“空闲列表”方式。