深入理解JVM：面试必备知识点解析-优快云博客

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本文主要梳理了JVM的相关面试题，包括JVM的位置、体系结构、类加载器、沙箱安全机制、Native方法、PC寄存器、方法区、栈内存结构、三种JVM类型、堆内存、新生区、老年区、永久区、堆内存调优以及GC垃圾回收机制。此外，还提及了JMM（Java Memory Model）及其作用，探讨了线程间共享变量的规则和内存模型的重要性。

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学习之前先给大家列一下JVM的面试题

面试必考题

请你谈谈你对JVM的理解？java8虚拟机和之前的变化更新？
什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError？怎么分析？
JVM的常用调优参数有哪些？
内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
谈谈JVM中，类加载器你的认识？

1. JVM的位置

在这里插入图片描述

2. JVM的体系结构

在这里插入图片描述

3. 类加载器

作用：加载 Class 文件~ new Student();
在这里插入图片描述

虚拟机自带的加载器
启动类(根)加载器
扩展类加载器
应用程序(系统类)加载器
百度，双亲委派机制

4. 沙箱安全机制

在这里插入图片描述

5. Native

编写一个多线程启动

public static void main(String[] args) {
    new Thread(()->{

    },"my thread name").start();
}

点进去查看static方法的源码

public synchronized void start() {
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

private native void start0();

凡是带了native关键字的，说明 java的作用范围达不到，去掉底层的C语言的库！

JNI：Java Native Interface(Java本地方法接口)

凡是带了native关键字的方法就会进入本地方法栈，其他的就是java栈;

Native Interface 本地接口

本地接口的作用是融合不同的编程语言为java所用，他的初衷是融合C/C++程序，Java在诞生的时候是C/C++横行的时候，想要立足，必须有调用C、C++的程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，他的具体做法是在 Native Method Start 中登记native方法，在(Execution Engine)执行引擎的时候加载Native Libraies

目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统生产设备，在企业级中已经比较少见。因为现在的异构领域间通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多作介绍！

Native Method Stack

他的具体做法是在 Native Method Start 中登记native方法，在(Execution Engine)执行引擎的时候加载Native Libraies。【本地库】

6. PC寄存器

程序计数器：Program Counter Register
每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区的方法字节码(用来存储指向像一条指令的地址，也即将要执行的指令代码)，在执行引擎读取一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记

7. 方法区

Method Area 方法区

方法去是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间;

静态变量、常量、类信息(构造方法、接口定义)、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关
static final， Class ，常量池

8. 栈：数据结构

程序 = 数据结构 + 算法：持续学习

程序 = 框架 + 业务逻辑~ ：吃饭

栈：先进后出、后进先出：桶的概念
队列：先进先出(FIFO：First Input First Output)

喝多了吐就是栈，吃多了拉就是队列

为什么main()先执行，最后结束

栈：栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步;

线程结束，栈内存也就释放了，对于栈来说不存在垃圾回收问题

一旦线程结束，栈就Over！

栈：8大基本类型 + 对象的引用 + 实例的方法

栈运行原理：栈帧

栈满了就会抛出：StackOverflowError 栈溢出错误

栈 + 堆 + 方法区：交互关系

在这里插入图片描述

9. 三种JVM

Sun公司 HotSpot Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 13.0.2+8, mixed mode, sharing)
BEA JRockit
IBM J9 VM

我们学习都是：HotSpot

10. 堆

Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。
类加载器读取了类文件后，一般会把什么东西放到堆中呢？类，方法，常量，变量，保存我们所有的引用类型的真实对象；
堆内存中还要细分为三个区域：

新生区(伊甸园区) Young/New
养老区 old
永久区 Perm

GC 垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区~

假设内存满了，会爆出OOM错误，堆内存不够！java.lang.OutOfMemoryError:java heap space
在JDK8以后，永久存储区改了个名字(元空间);

11. 新生区

类：诞生和成长的地方，甚至死亡；
伊甸园，所有的对象都是在伊甸园区new出来的
幸存者区 (0,1)

12. 老年区

在这里插入图片描述
真理：经过研究，99%的对象都是临时对象！

13. 永久区

这个区域是常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象。Interface元数据，存储的是Java运行时的一些环境，这个区域不存在垃圾回收！关闭VM虚拟机就会释放这个区域的内存~

jdk 1.6 之前：永久代，常量池是在方法区；
jdk 1.7：永久代，但是慢慢的退化了，去永久代，常量池在堆中
jdk 1.8之后：无永久代，常量池在元空间

在这里插入图片描述
元空间：逻辑上存在：物理上不存在

在一个项目中，突然出现了OOM故障，那么该如何排除~ 研究为什么出错~

能够看到代码第几行出错：内存快照分析工具，MAT，Jprofiler
Dubug，一行行分析代码！

MAT，Jprofiler作用：

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏问题；
获得堆中的数据
获得大的对象~
。。。

14. 堆内存调优

通过在我们运行的方法中修改参数来做到内存调优
通过框住地方进行内存调优
调优参数含义是

 //-Xms 设置初始化内存分配大小 默认1/64
//-Xmx 最大分配内存默认为1/4
// -XX:+PrintGCDetails //打印GC垃圾回收信息
//-XX:+HeapDumpOnOutOfMemaryError //打印oom Dump
//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemaryError

打印我们调优的参数

public static void main(String[] args) {
        //返回虚拟机视图使用的最大内存
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory(); //字节 1024*1024
        //返回 jvm的总内存
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory(); //

        System.out.println("max=" + max + "字节\t" + (max/(double)1024/1024) + "MB");
        System.out.println("total=" + total + "字节\t" + (total/(double)1024/1024) + "MB");

        //默认情况下：分配的总内存 是电脑内存的 1/4，而初始化的内存：1/64

        //OOM：
            // 1.尝试扩大堆内存看结果
            // 2.分析内存，看一下那个地方出现了问题(专业工具)
        //-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

        // 305664K + 699392K = 1，005，056 = 981.5M
    }

15. GC垃圾回收

在这里插入图片描述
JVM在进行GC时，并不是对这三个区域统一回收。大部分时候，回收都是新生代~

新生代
幸存区 (form，to)
老年代

GC两种类：清GC(普通的GC)，重GC(全局GC)

题目：

JVM的内存模型和分区~详细到每个区放什么？
堆里面的分区有哪些？Eden，form，to，老年区
GC的算法有哪些？标记清楚法，标记压缩，复制算法，引用计数器，怎么用的？
轻GC 和重GC 分别在什么时候发生？

GC的常用算法：

标记清除算法

优点：不需要额外的空间！

缺点：两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片。

标记压缩
在优化：
复制算法
重点：谁空谁是to
好处：没有内存碎片
- 坏处：浪费了内存空间~：多了一半空间永远时空的 to。假设对象 100% 存活(极端情况)
  复制算法最佳试用场景：对象存活度较低的时候；新生区~
- 坏处：浪费了内存空间
引用计数器

总结

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法(时间复杂度)
内存整齐度：复制算法 = 标记压缩算法 > 标记清除算法
内存利用率：标记压缩算法 = 标记清除算法 > 复制算法

思考一个问题：难道没有最优的算法吗？

答案：没有，没有最好的算法，只有最合适的 ----> GC：分代收集算法

年轻代：

存活率低
用复制算法较好！

老年代：

区域大：存活率高
标记清除(内存碎片不是太多) + 标记压缩混合实现

JMM：Java Memory Model

什么是JMM？

JMM：(Java Memory Model的缩写)
他是干嘛的？

作用：缓存一致性协议，用于定义数据读写的规则(遵守，找到这个规则)

JMM定义了线程工作内存和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存(Main Memory)中，每个线程都有一个私有的本地内存(Local Memory)

解决共享对象可见性这个问题：volilate
他该如何学习？

JMM：抽象的概念，理论

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
- 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
- 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
- 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
- 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
- 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
- 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
- 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

JMM对这八种操作规则和对volatile的一些特殊规则就能确定哪里操作是线程安全，哪些操作是线程不安全的了。但是这些规则实在复杂，很难在实践中直接分析。所以一般我们也不会通过上述规则进行分析。更多的时候，使用java的happen-before规则来进行分析。