Java虚拟机相关面试题

最新推荐文章于 2025-03-22 15:21:19 发布

songzi1228

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分类专栏： Java虚拟机文章标签： java 面试

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本文详细介绍了Java虚拟机（JVM）的结构，包括类加载过程、运行时数据区和执行引擎。JVM主要包括类加载过程、运行时数据区（如线程私有的程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈和线程共享的堆、方法区）以及执行引擎。Java内存模型（JMM）保证了多线程环境下的数据一致性，确保原子性、有序性和可见性。垃圾回收机制（GC）则负责自动管理内存，有效地处理对象的生命周期。

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1、Java虚拟机模型（JVM）

1.1、简述一下Java虚拟机模型（JVM）。

JVM：Java Virtual Machine，Java虚拟机。
我们知道，Java是一个跨平台的语言，其中起主要作用的就是JVM，通俗地讲，JVM可以理解为一个翻译，把class文件翻译成机器码（010101），然后给Linux、Windows等操作系统使用。
JVM主要包括三个部分：类加载过程、运行时数据区和执行引擎。
class文件经过类加载过程被读入内存（运行时数据区），然后再交给执行引擎被翻译成机器码。
我们主要讲一个运行时数据区，从两个维度来讲：线程私有和线程共享。
线程私有：程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈。
线程共享：堆、方法区。

线程私有：
程序计数器：
   定义：当前线程正在执行的字节码指令的行号指示器。
   为什么需要程序计数器：Java是多线程的，意味着会有线程切换，程序计数器可以保证多线程情况下程序能够正常执行。
   详细内容：一个java文件被编译成class文件，然后被反编译后，可以看到每行代码前面都有一个数字。这一系列不连续的数字就是程序计数器所记录的东西，
   可以简单理解为行号，之所以不连续，是因为每行代码的偏移量不同。
虚拟机栈：
   定义：存储当前线程运行方法所需的数据、指令和返回地址等。
   说明：Java虚拟机栈是基于线程的，哪怕只有一个main方法，也是以线程的方式运行的。在线程的生命周期中，参与计算的数据
       会频繁的入栈和出栈，栈的生命周期和线程是一样的。
   栈帧：栈里的每条数据，就是栈帧。在每个java方法被调用的时候，都会创建一个栈帧，并入栈。一旦完成相应的调用，则出栈。所有的栈帧都出栈后，线程也就结束了。
   包含：每个栈帧都包含四个区域：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址。
   大小：栈的大小默认为1M，可以用参数 -Xss 调整大小，例如 -Xss256K

   虚拟机栈：
       局部变量表：用于存放局部变量。主要存储8大基础数据类型。如果是局部的一些对象，例如Object对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。
       操作数栈：用于存放我们方法执行的操作数(操作步骤？)。举例：一个方法public void work(){int x=1;int y=2;int z=(x+y)*10; return z;},我们调用 work();
               0: iconst_1 将int型1入操作数栈
               1: istore_1 将操作数栈中栈顶int型数值出栈，存入局部变量表(下标为1的位置)
               2: iconst_2 将int型2入操作数栈
               3: istore_2 将操作数栈中栈顶int型数值出栈，存入局部变量表(下标为2的位置)
               4: iload_1 将局部变量表中下标为1的int型数据入栈
               5: iload_2 将局部变量表中下标为2的int型数据入栈
               6: iadd 1)将栈顶两int型数值出栈 2)相加 3)将结果压入操作数栈
               7: bipush 10 10的值扩展成int值入操作数栈
               9: imul 1)将栈顶两int型数值出栈 2)相乘 3)将结果压入操作数栈
               10: istore_3 将操作数栈顶int型数值出栈，存入局部变量表(下标为3的位置)
               11: iload_3 将局部变量表中下标为3的int型数据入栈
               12: ireturn 将操作数栈栈顶int型数值出栈，从当前方法返回int。
               相关内容见17-01-43:24至53:36。
       动态连接(17-01-57:00)：跟Java语言多态性有关（需要运行时才能确定具体的方法）。
       返回地址(也叫完成出口17-01-01:00:00)：一个方法完成后，接下来需要执行什么就由这个完成出口决定。正常返回的话，会调用程序计数器中的地址作为返回；异常的话，通过异常处理器表（非栈帧中的）来确定。

本地方法栈（17-02-开始）：跟虚拟机栈类似，虚拟机栈用于管理java函数的调用，而本地方法栈用于管理本地方法（native方法，由C语言实现）的调用。
                       当一个JVM创建的线程调用native方法后，JVM不再为其在虚拟机栈中创建栈帧，JVM只是简单地动态链接并直接调用native方法。
                       虚拟机规范并无强制规定，各版本虚拟机自由实现本地方法栈。HotSpot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

线程共享（17-02-06:00）：
小问题：线程共享为什么要分为方法区和堆，为什么不直接用一块区域？
堆：对象、数组。需要被频繁回收的。
方法区：类信息、常量、静态变量、即时编译期编译后的代码。这些信息被回收的难度是很大的。分为堆和方法区体现了动静结合的思想。即偏静态的数据放在方法区，需要频繁地动态创建和回收的数据放在堆中。

方法区：主要是用来存放已被虚拟机加载的类相关信息，包括类信息、静态变量、常量、运行时常量池、字符串常量池。
堆：对象实例（几乎所有）、数组。分为新生代和老年代。新生代又分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间，空间大小比例为8:1:1。

1.2、我在new一个对象的时候，它是被放在内存的那一块区域

成员变量和局部变量。

Java中几乎所有的对象实例、数组都会被放在堆中。

堆又分为老年代和新生代。新生代又分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间，空间大小比例为8:1:1。

所以成员变量也会被放在堆中。

而局部变量会被放在虚拟机栈 --> 栈帧的局部变量表中。

局部变量表：用于存放局部变量。主要存储8大基础数据类型。如果是局部的一些对象，例如Object对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。

从垃圾回收方面来讲，局部变量在方法执行结束后就会立即被回收。而成员变量的回收则会根据GC的一套机制来决定是否进行回收。

2、Java内存模型（JMM）

2.1、讲一下Java内存模型

JAVA内存模型(JMM)和JAVA虚拟机内存模型(JVM)

Java内存模型即Java Memory Model，简称JMM。JMM定义了Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式。程序中的变量存储在主内存中，每个线程拥有自己的工作内存并存放变量的拷贝，线程读写自己的工作内存，通过主内存进行变量的交互。JMM就是规定了工作内存和主内存之间变量访问的细节，通过保障原子性、有序性、可见性来实现线程的有效协同和数据的安全。

JMM屏蔽了不同操作系统差异，是跨平台可用的内存模型，用来描述线程的数据在何时从主内存读取，何时写入主内存，解决线程间数据共享和传递的问题。