JVM面試題

java程式碼執行過程

Java原始檔——>編譯器——>位元組碼檔案——>jvm——>機器碼，如下步驟：

• 程式碼編譯為class檔案（指令：javac）
• 裝載class（類載入器：ClassLoader）
• 執行class（解釋執行、編譯執行）

類載入器

• 啟動類載入器：負責載入 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath 引數指定路徑中的，且被虛擬機器認可（按檔名識別，如 rt.jar）的類
• 擴充套件類載入器：負責載入 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過 java.ext.dirs 系統變數指定路徑中的類庫
• 應用程式類載入器：負責載入使用者路徑（classpath）上的類庫

類載入機制-雙親委派模型

某個特定的類載入器在接到載入類的請求時，首先將載入任務委託給父類載入器，依次遞迴，如果父類載入器可以完成類載入任務，就成功返回；只有父類載入器無法完成此載入任務時，才自己去載入

使用雙親委派模型的好處在於Java類隨著它的類載入器一起具備了一種帶有優先順序的層次關係

jvm記憶體空間劃分

方法區

執行緒共享區域，即我們常說的永久代(Permanent Generation)，用於儲存被 JVM 載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料，執行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分

堆

執行緒共享區域，建立的物件和陣列都儲存在 Java 堆記憶體中，也是垃圾收集器進行垃圾收集的最重要的記憶體區域

Java 堆從 GC 的角度還可以細分為：新生代和老年代

• 新生代：是用來存放新生的物件一般佔據堆的 1/3 空間；由於頻繁建立物件，所以新生代會頻繁觸發MinorGC 進行垃圾回收
• 老年代：主要存放應用程式中生命週期長的記憶體物件

虛擬機器棧

執行緒私有區域，描述java方法執行的記憶體模型；一個執行緒中，每呼叫一個方法建立一個棧幀，用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊；每一個方法從呼叫直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中入棧到出棧的過程（棧幀隨著方法呼叫而建立，隨著方法結束而銷燬）；棧中可能會引發的異常：

• 執行緒請求的棧深度大於jvm所允許的深度-StackOverflowError
• 無法申請到足夠記憶體-OutOfMemoryError

本地方法棧

執行緒私有區域，本地方法棧和 Java Stack 作用類似， 區別是虛擬機器棧為執行 Java 方法服務，而本地方法棧則為Native 方法服務

pc暫存器

執行緒私有區域，指向虛擬機器位元組碼指令的位置，唯一一個無OOM的區域

執行緒私有資料區域生命週期與執行緒相同, 依賴使用者執行緒的啟動/結束；執行緒共享區域隨虛擬機器的啟動/關閉而建立/銷燬

垃圾回收演算法

標記-清除

標記清除法是先找到記憶體裡的存活物件並對其進行標記，然後統一把未標記的物件統一的清理

優點：

簡單直接，速度也非常塊，適合存活物件多，需要回收的物件少的場景

缺點：

會造成不連續的記憶體空間：清除後記憶體會有很多不連續的空間，這也就是我們常說的空間碎片，這樣的空間碎片太多不僅不利於我們下次分配，而且當有大物件建立的時候，我們明明有可以容納的總空間，但是空間都不是連續的造成物件無法分配，從而不得不提前觸發GC

效能不穩定：記憶體中需要回收的物件，當記憶體中大量物件都是需要回收的時候，通常這些物件可能比較分散，所以清除的過程會比較耗時，這個時候清理的速度就會比較慢了

使用場景：只有小部分物件需要進行回收的，所以標記清除法比較適用於老年代的垃圾回收，因為老年代一般存活物件會比回收物件要多

標記-複製

將記憶體分為大小相同的兩塊，每次使用其中的一塊。當這一塊記憶體使用完之後，就將存活物件複製到另一塊記憶體中；然後再把使用的記憶體一次清理掉，這樣就使每次記憶體回收都是對記憶體空間的一半進行回收

優點：

解決了標記清除演算法的空間碎片問題

缺點：

會浪費一部分空間：總是會有一塊空閒的記憶體區域是利用不到的，這也造成了資源的浪費

存活物件多會非常耗時：因為複製移動物件的過程是比較耗時的，不僅需要移動物件本身還需要修改使用了這些物件的引用地址，所以當存活物件多的場景會非常耗時

需要擔保機制：因為複製區總會有一塊空間的浪費，而為了減少浪費空間太多，所以我們會把複製區的空間分配控制在很小的區間，但是空間太小又會產生一個問題，就是在存活的物件比較多的時候，這時複製區的空間可能不夠容納這些物件，這時就需要借一些空間來保證容納這些物件，這種從其他地方借記憶體的方式我們稱它為擔保機制

適用場景：比較適合存活物件較少的場景，這也正是新生代物件的特點，所以一般新生代的垃圾回收器基本都會選擇標記複製法

標記-整理

標記複製法算是完美的補齊了標記清除法的短板，即解決了空間碎片的問題，又適合使用在大部分物件都是可回收的場景。 不過標記複製法也有不完美的地方，一方面是需要空閒出一塊記憶體空間用來騰挪物件，另外一方面它在存活物件比較多的場景也不是太適合，而存活物件多的場景通常適合使用標記清除法，但是標記清除法會產生空間碎片又是一個無法忍受的問題

所以就需要有一種演算法，專門針對存活物件多，但是又產生空間碎片，還不浪費記憶體空間，這就是標記整理法的初衷

標記整理法分為標記和整理兩個階段，標記階段會先把存活的物件和可回收的物件標記出來；標記完再對記憶體物件進行整理，這個階段會把存活的物件往記憶體的一端移動，移動完物件後再清除存活物件邊界之外的物件

優點：

標記整理法是解決了標記複製法浪費空間、不適合存活物件多場景的短板，又解決了標記清除法空間碎片的短板， 所以對於標記複製法不適合的場景，同時又不能忍受標記清除法的空間碎片問題，就可以考慮標記整理法

缺點：

沒有任何一種演算法是萬能的，標記整理法看似解決了很多問題，但它本身存在很嚴重的效能問題，標記整理法是三種垃圾回收演算法中效能最低的一種，因為標記整理法在移動物件的時候不僅需要移動物件，還要額外的維護物件的引用的地址，這個過程可能要對記憶體經過幾次的掃描定位才能完成，同時還有清除物件的空座，既然做的事情這麼多那麼必然消耗的時間也越多

適用場景：記憶體吃緊，又要避免空間碎片的場景，老年代想要避免空間碎片問題的話通常會使用標記整理法