深入理解JVM-优快云博客

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1. 说一下 jvm 的主要组成部分？及其作用？

JVM结构
class loader 类加载器：加载类文件到内存。Class loader只管加载，只要符合文件结构就加载，至于能否运行，它不负责，那是有Exectution Engine 负责的。
Exection Engine ：执行引擎也叫解释器，负责解释命令，交由操作系统执行。
Native Enterface：本地接口。本地接口的作用是融合不同的语言为java所用。
Runtimedata area 运行数据区：运行数据区是jvm的重点，我们所有所写的程序都被加载到这里，之后才开始运行。

2. 说一下 jvm 运行时数据区？

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：
Stack：栈也叫栈内存，是java程序的运行区，是在线程创建时创建，它的生命周期跟随线程的生命周期，线程结束栈内存释放；对于栈来说不存在垃圾回收的问题，只要线程一结束，该栈就结束。栈中的数据以栈帧的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法和运行期数据的集合，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，执行完毕后，先弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧，遵循“先进后出”原则。
Heap堆内存：一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类的加载器读取了类文件之后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分三部分：永久存储区¹、新生区、老年代
Method Area方法区：方法去是被所有线程共享，该区域保存的所有字段和字节方法码以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。
PC Register 程序计数器：每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码，由执行引擎读取下一条指令。
本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的

3. 说一下堆栈的区别？

功能方面：堆是用来存放对象的，栈是用来执行程序的
共享性：堆是线程共享的，栈是线程私有的
空间大小：堆大小远远大于栈

4. 队列和栈是什么？有什么区别？

队列和栈都是存放数据的线性表。
规则：队列先进先出，栈先进后出。
遍历数据速度：栈只能从头部取数据，也就最先放入的需要遍历整个栈最后才能取出来，而且在遍历数据的时候还得为数据开辟临时空间，保持数据在遍历前的一致性。队列则不同，它基于地址指针进行遍历，而且可以从头或尾部开始遍历，但不能同时遍历，无需开辟临时空间，因为在遍历的过程中不影像数据结构，速度要快的多

5. 什么是双亲委派模型？

双亲委派模型：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载无法完成加载请求（它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类

6. 说一下类加载的执行过程？

加载阶段
主要完成以下3件事情：
1.通过“类全名”来获取定义此类的二进制字节流
2.将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
3.在java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口
验证阶段
这个阶段目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，不会危害虚拟机自身安全。主要包括四种验证：
1.文件格式验证：基于字节流验证，验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前虚拟机处理。
2.元数据验证：基于方法区的存储结构验证，对字节码描述信息进行语义验证。
3.字节码验证：基于方法区的存储结构验证，进行数据流和控制流的验证。
4.符号引用验证：基于方法区的存储结构验证，发生在解析中，是否可以将符号引用成功解析为直接引用。
准备阶段
仅仅为类变量(即static修饰的字段变量)分配内存并且设置该类变量的初始值即零值，这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，同时这里也不会为实例变量分配初始化。类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
解析阶段
解析主要就是将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量，而直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。有类或接口的解析，字段解析，类方法解析，接口方法解析。这里要注意如果有一个同名字段同时出现在一个类的接口和父类中，那么编译器一般都会拒绝编译。
初始化阶段
初始化阶段依旧是初始化类变量和其他资源，这里将执行用户的static字段和静态语句块的赋值操作。这个过程就是执行类构造器方法的过程。
上述过程可以使用下面的脑图来概括。

7. 怎么判断对象是否可以被回收？

根搜索算法。把内存中的每一个对象都看作一个节点，并且定义了一些对象作为根节点“GC Roots”。如果一个对象中有另一个对象的引用，那么就认为第一个对象有一条指向第二个对象的边，如下图所示。JVM会起一个线程从所有的GC Roots开始往下遍历，当遍历完之后如果发现有一些对象不可到达，那么就认为这些对象已经没有用了，需要被回收。

8. java 中都有哪些引用类型？

强引用：发生 gc 的时候不会被回收
软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收
弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收
虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知

9. 说一下 jvm 有哪些垃圾回收算法？

标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片
标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存
复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半
分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法

10. 说一下 jvm 有哪些垃圾回收器？

Serial：最早的单线程串行垃圾回收器
Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案
ParNew：是 Serial 的多线程版本
Parallel 和 ParNew 收集器类似是多线程的，但 Parallel 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量
Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是复制的内存回收算法，Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法
CMS：一种以获得最短停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统
G1：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK 9 以后的默认 GC 选项

11. 详细介绍一下 CMS 垃圾回收器？

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称，是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器
CMS 使用的是标记-清除的算法实现的，所以在 gc 的时候回产生大量的内存碎片，当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure，临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低

12. 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么区别？

新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
整堆回收器：G1
新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低；老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收

13. 简述分代垃圾回收器是怎么工作的？

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3
新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，它的执行流程如下：

把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区
清空 Eden 和 From Survivor 分区
From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程

14. 说一下 jvm 调优的工具？

jconsole：用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控；
jvisualvm：JDK 自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等

15. 常用的 jvm 调优的参数都有哪些？

-Xms2g：初始化推大小为 2g
-Xmx2g：堆最大内存为 2g
-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4
-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2
-XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合
-XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合
-XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息
-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息

1.6 说一说JVM的happens-before原则

happens-before原则定义如下：

如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着一定要按照happens-before原则制定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。

下面是happens-before原则规则：

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作；
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C；
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作；
线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生；
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行；
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始；