JVM面试题

1.JVM 由哪些部分组成?

JVM 的结构基本上由 4 部分组成:

  • 类加载器,在 JVM 启动时或者类运行时将需要的 class 加载到 JVM 中

  • 执行引擎,执行引擎的任务是负责执行 class 文件中包含的字节码指令,相当于实际机器上的 CPU

  • 内存区,将内存划分成若干个区以模拟实际机器上的存储、记录和调度功能模块,如实际机器上的各种功能的寄存器或者 PC 指针的记录器等

  • 本地方法调用,调用 C 或 C++ 实现的本地方法的代码返回结果

2.JVM 内存划分?

  1. 方法区(线程共享):各个线程共享的一个区域,用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却又一个别名叫做 Non-Heap(非堆),目的应该是与 Java 堆区分开来。运行时常量池:是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用

  2. 堆内存(线程共享):所有线程共享的一块区域,    垃圾收集器管理的主要区域。目前主要的垃圾回收算法都是分代收集算法,所以 Java 堆中还可以细    分为:新生代和老年代;再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等, 默认情况下新生代按照8:1:1的比例来分配。根据java 虚拟机规范的规定,Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘一样。

  3. 程序计数器: Java 线程私有,类似于操作系统里的 PC 计数器,它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。如果线程正在执行的是一个 Java 方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是 Native 方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一 一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

  4. 虚拟机栈(栈内存):Java线程私有,虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的时候,都会创建一个栈帧用于存储局部变量、操作数、动态链接、方法出口等信息;每个方法调用都意味着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程;

  5. 本地方法栈 :和Java虚拟机栈的作用类似,区别是该区域为 JVM 提供使用 native 方法的服务

3.Java 的内存模型?

 Java 虚拟机规范中试图定义一种 Java 内存模型(Java Memory Model, JMM)来屏蔽掉各层硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让 Java 程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果

Java 内存模型规定了所有的变量都存储在主内存(Main Memory)中。每条线程还有自己的工作内存(Working Memory),线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在主内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间的变量值的传递均需要通过主内存来完成,线程、主内存、工作内存三者的关系如上图。

4.面试官:两个线程之间是如何通信的呢?

答:在共享内存的并发模型里,线程之间共享程序的公共状态,线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信,典型的共享内存通信方式就是通过共享对象进行通信。

例如上图线程 A 与 线程 B 之间如果要通信的话,那么就必须经历下面两个步骤:

  • 1.首先,线程 A 把本地内存 A 更新过得共享变量刷新到主内存中去

  • 2.然后,线程 B 到主内存中去读取线程 A 之前更新过的共享变量

在消息传递的并发模型里,线程之间没有公共状态,线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信,在 Java 中典型的消息传递方式就是 wait() 和 notify()。

GC什么时候开始?

minor gc

新生代分为一个eden区还有两个survivor,每次使用的时候只使用eden和survivor,当这两个空间存满了以后,就会触发minor gc,把仍然存活的放到另一个survivor中。当survivor中的对象每熬过一次gc就会加1,当年龄达到某个值时就会变为老年代。

major gc

老年代满了以后,会触发major gc。

担保机制 :在发生minor gc之前,虚拟机都会先检查老年代最大的可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间,如果这个条件成立,则minor gc就是安全的。若不成立,则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置是否允担保失败。

### 关于 JVM 面试题的常见问题及其解析 #### 1. **JVM 内存结构** JVM 的内存主要分为、方法区、栈、本地方法栈以及程序计数器五个部分。其中,是垃圾回收的主要区域,被划分为新生代和老年代[^1]。 ```java // 新生代中的对象分配演示 public class ObjectAllocation { public static void main(String[] args) { byte[] allocation1, allocation2; allocation1 = new byte[2 * 1024 * 1024]; // 对象可能进入 Eden 区 allocation2 = new byte[2 * 1024 * 1024]; // 如果空间足,则触发 Minor GC } } ``` #### 2. **GC 过程与算法** 常见的垃圾收集算法有标记-清除法、复制法、标记-整理法以及分代收集法。在实际应用中,通常会采用 CMS 或 G1 收集器来优化性能[^1]。 #### 3. **类加载机制** JVM 类加载过程包括加载、验证、准备、解析和初始化阶段。双亲委派模型确保了 Java 核心库的安全性和一致性。 #### 4. **引用类型** Java 中存在四种同的引用类型:强引用、软引用、弱引用和虚引用。这些引用类型主要用于管理内存资源并配合垃圾回收器工作[^5]。 #### 5. **Happens-Before 原则** Java 提供了一套 Happens-Before 规则以保障线程间的可见性。其中包括程序顺序规则、监视器锁规则、volatile 变量规则等八大原则[^3]。 #### 6. **循环引用问题** 即使两个对象相互持有对方的引用,在它们再被任何外部变量引用的情况下,现代垃圾回收器仍然能够识别这种关系并将两者都回收掉[^2]。 ```java // 循环引用示例 class Node { private Node next; public Node(Node n) { this.next = n; } protected void finalize() throws Throwable { System.out.println("Finalizing..."); } } public class CircularReferenceTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Node nodeA = new Node(null); Node nodeB = new Node(nodeA); nodeA.next = nodeB; // 创建循环引用 nodeB = null; nodeA = null; System.gc(); Thread.sleep(100); // 等待垃圾回收完成 } } ``` #### 7. **JVM 参数调优** 通过设置 `-Xms` 和 `-Xmx` 来指定初始大小和最大大小;利用 `-XX:+UseG1GC` 开启 G1 垃圾收集器可以有效提升大型应用程序的表现[^4]。 --- ###
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