JVM 面试题集

作者简介：大家好，我是smart哥，前中兴通讯、美团架构师，现某互联网公司CTO

联系qq：184480602，加我进群，大家一起学习，一起进步，一起对抗互联网寒冬

学习必须往深处挖，挖的越深，基础越扎实！

阶段1、深入多线程

阶段2、深入多线程设计模式

阶段3、深入juc源码解析

阶段4、深入jdk其余源码解析

阶段5、深入jvm源码解析

码哥源码部分

码哥讲源码-原理源码篇【2024年最新大厂关于线程池使用的场景题】

码哥讲源码【炸雷啦！炸雷啦！黄光头他终于跑路啦！】

码哥讲源码-【jvm课程前置知识及c/c++调试环境搭建】

​​​​​​码哥讲源码-原理源码篇【揭秘join方法的唤醒本质上决定于jvm的底层析构函数】

码哥源码-原理源码篇【Doug Lea为什么要将成员变量赋值给局部变量后再操作？】

码哥讲源码【你水不是你的错,但是你胡说八道就是你不对了！】

码哥讲源码【谁再说Spring不支持多线程事务，你给我抽他！】

终结B站没人能讲清楚红黑树的历史，不服等你来踢馆！

打脸系列【020-3小时讲解MESI协议和volatile之间的关系，那些将x86下的验证结果当作最终结果的水货们请闭嘴】

什么是Java虚拟机?为什么Java被称作是“平台无关的编程语言”?

Java 虚拟机是 Java 程序运行环境的一部分，负责执行 Java 字节码，它是 Java 实现平台无关性的基石。

Java 程序首先被编译成一种中间形式，即字节码（.class 文件），这些字节码不针对任何特定的硬件或操作系统。当运行 Java 程序时，JVM 在实际的硬件平台上解释执行这些字节码，实现了“一次编写，到处运行”（Write Once, Run Anywhere, WORA）的理念。因此，Java 程序无需为不同平台重新编译，只要对应平台上有相应的 JVM 实现，Java 程序就可以在上面运行。

这种设计有如下几个好处：

1. 跨平台性：只需编写一次代码，就可以在多个平台上运行，无需针对每个操作系统写特定的代码。

2. 安全性：JVM 提供了一个隔离的运行环境，可以在执行 Java 程序时对其进行检查和限制，减少安全风险。

3. 移植性：由于 JVM 屏蔽了底层硬件和操作系统的差异，Java 程序更容易从一个平台迁移到另一个平台。

   内存管理

说一下 JVM 的主要组成部分及其作用？

JVM 的主要组成部分如下：

1. 类加载器（Class Loaders）：
   • 负责加载 Java 类到 JVM 中。它在运行时将 Java 的 .class 文件加载到内存中，并为它们创建对应的 Class 对象。
   • 类加载器按照父级委派模型工作，首先会请求父类加载器加载类，只有在父类加载器加载失败时，才会尝试自己加载。
2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）：
   • 方法区（Method Area）：存储每个类的结构，如运行时常量池、字段和方法数据，方法和构造函数的代码，以及类型、方法和构造函数的特殊方法。
   • 堆（Heap）：JVM 中内存最大的一块，用于存储所有类实例和数组。垃圾收集器主要的工作区域也在这里。
   • 栈（Stacks）：存储局部变量和部分结果，并参与方法调用和返回。每个线程拥有自己的调用栈。
   • 程序计数器（PC Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器。
   • 本地方法栈（Native Method Stacks）：为 JVM 使用到的 Native 方法服务。
3. 执行引擎（Execution Engine）：
   • 负责执行类文件中的指令。它包括一个虚拟处理器、解释器、及即时编译器（JIT 编译器）。
   • 解释器：快速解释字节码，但执行同样代码的效率较低。
   • 即时编译器（JIT）：编译热点代码（频繁执行的代码）为本地机器码，提高执行效率。
4. 垃圾回收器（Garbage Collector）：
   • 负责回收堆内存中不再被使用的对象。垃圾回收器的存在使得 Java 程序员不需要手动管理内存，减少了内存泄漏和指针失误的问题。
5. 本地接口（Native Interface）：
   • 提供了一个接口，用于交互 Java 代码和本地库，允许 Java 程序调用或被其他语言如 C/C++ 写的程序调用。
6. 本地库（Native Libraries）：
   • 由 JVM 使用的标准库，这些库通常用 C/C++ 编写，被本地接口调用。

32 位和 64 位的 JVM，int 类型变量的长度是多数?

在 Java 中，数据类型的大小不受 JVM 是 32 位还是 64 位的影响。这是 Java 语言的一部分规范，确保了 Java 程序的可移植性。因此，无论在 32 位还是 64 位的 JVM 上，int 类型的变量长度都是 32 位（4 字节）。这同样适用于其他基本数据类型，如 byte、short、long、float、double、char 和 boolean，它们的大小在不同的 JVM 架构中都是一致的。

请详细介绍下 JVM 运行时数据区

VM 运行时数据区域是 Java 虚拟机定义的内存区域，用于在 Java 程序运行期间存储数据。这些区域包括堆（Heap）、方法区（Method Area）、虚拟机栈（VM Stacks）、程序计数器（Program Counter Register）和本地方法栈（Native Method Stacks）。

• 堆（Heap）：JVM中最大的一块内存区域，它被所有Java线程共享。在堆中，主要存放了Java应用创建的对象实例和数组。因为这些对象的生命周期不总是确定的，所以堆也是垃圾收集器的主要工作区域，以确保释放那些不再被任何引用的对象所占用的内存。
• 方法区（Method Area）：同样是线程共享的内存区域，它用来存储每个类的结构信息，比如类的名称、直接父类的名称、方法和变量的信息以及编译后的代码等。在一些JVM实现中，方法区可能被称为"永久代"（PermGen），但从Java 8开始，已经被元空间（Metaspace）所取代。
• **Java栈（Java Stack）**则是线程私有的，它的生命周期与线程相同。每个栈由多个栈帧组成，每个栈帧对应着一次Java方法调用。栈帧中包含了局部变量表、操作数栈、动态链接信息以及方法返回时的操作。
• **程序计数器（Program Counter Register）**是每个线程私有的内存区域，它包含了当前线程所执行的字节码的行号指示器。如果执行的是Java方法，计数器记录的是字节码指令的地址；如果执行的是Native方法，计数器的值则是undefined。
• **本地方法栈（Native Method Stack）**与Java栈相似，但它被用来支持Java中的Native方法（即用其他语言如C或C++编写的方法）。当线程调用一个Native方法时，它的调用状态会被压入本地方法栈。

说一下堆栈的区别？

堆（Heap）：

• 堆是由 JVM 运行时管理的内存区域，用于存放 Java 应用程序创建的对象和数组。
• 堆内存是在所有线程之间共享的，对象无固定的存活周期，存活时间可能从应用程序开始到结束。
• 内存的分配和回收是动态的，垃圾收集器负责回收那些不再被任何引用的对象，防止内存泄漏。
• 堆的大小和生命周期是可以调节的，通常有一个固定的开始大小，但它会随着对象的创建和回收动态扩展或收缩，直到达到 JVM 配置的限制。

栈（Stack）：

• 栈是线程私有的内存区域，每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量和部分结果，以及用于方法调用和返回。
• 栈内存中的数据有明确的生命周期，遵循“先进后出”（LIFO）的原则。每个方法调用时会创建一个栈帧，方法结束时，对应的栈帧会被销毁。
• 对于栈内存的分配和回收，操作更快速而且效率较高，因为它不需要复杂的垃圾收集算法，每个方法结束后，局部变量就会自动释放。
• 栈的大小通常比堆小，且不可动态扩展，每个线程的栈空间在线程创建时被分配。

总的来说，堆是用于存储对象和数组的内存区域，是线程共享的，其对象的生命周期不固定，由垃圾收集器管理。而栈是线程私有的内存区域，用于基本类型的局部变量和对象引用，其数据随着方法调用而创建，方法结束而销毁。

对象创建的过程了解吗？

详细过程如下：

1. 类加载检查：
   • 当代码试图创建对象时，JVM 首先检查这个类的 Class 对象是否已经被加载、链接和初始化。如果没有，那么JVM会执行类加载过程。
2. 内存分配：
   • 一旦确定类已经被加载，JVM 接下来将在堆上为新对象分配内存。
   • 对象所需的内存大小在类加载完成后即已知，包括对象的所有实例变量和其他开销（如元数据信息、对齐填充等）。
   • 内存分配可以通过「指针碰撞」（如果内存是绝对连续的）或者「空闲列表」（如果内存是非连续的）方式来实现。
   • JVM 实现可能会采用垃圾回收算法中的分代收集算法，在这种情况下，新创建的对象通常会被放在堆的年轻代（Young Generation）。
3. 初始化零值：
   • 内存分配后，JVM 将分配的内存空间初始化为零值。这确保了对象的实例变量不会有未知的值。
4. 设置对象头：
   • JVM 会在对象的内存中设置对象头（包括类的元数据信息、哈希码、垃圾回收信息等）。
   • 对象头标识了对象的运行时类型和锁状态等信息。
5. 执行 <init> 方法：
   • 对象头设置完毕后，JVM 会调用构造函数。构造函数可能会调用父类的构造函数，并执行所有初始化块。
   • 构造函数中的代码将负责设置实例变量的初始值，这些值可能与默认零值不同。
6. 引用分配：
   • 完成对象的初始化后，JVM 将分配的内存地址赋值给引用变量，此时对象才算是完全创建好了。

整个对象创建过程是由 JVM 的类加载器、内存分配子系统、执行引擎等协作完成的。这个过程中，可能会触发垃圾收集活动，特别是在堆内存不足时。同时，虚拟机也可能对对象的内存分配和初始化过程进行优化，如通过逃逸分析判断对象是否可以在栈上分配，或者通过即时编译器优化对象的创建代码。

怎么获取 Java 程序使用的内存?堆使用的百分比?

1. 使用命令行工具：
   • jstat 命令可以用来查看堆内存以及其他各种运行时数据区的使用情况。
   • 使用 jstat -gc <pid> 可以看到年轻代、老年代以及永久代/元空间的当前使用情况。
2. 使用 JConsole 或 VisualVM：
   • 这些是 Java 提供的可视化工具，可以用来监控 Java 应用程序的内存使用、线程使用等运行时数据。
   • 它们可以显示堆内存的使用情况，包括初始大小、已用大小、提交大小和最大大小。
3. 使用 Runtime 类：
   • Runtime 类提供了与 Java 应用程序的运行时环境相关的方法。
   • Runtime.getRuntime().totalMemory() ：获取 JVM 的总内存量。
   • Runtime.getRuntime().freeMemory() ：获取 JVM 的空闲内存量。
   • Runtime.getRuntime().maxMemory() ：获取 JVM 尝试使用的最大内存量。
   • 堆使