JVM 结构
1、类加载机制?
类加载指的是 JVM 通过类加载器，把.class文件加载到方法区，并在JVM堆区建一个 java.lang.Class的 实例，用来封装 Java 类相关数据和方法。一般说的类加载机制，指的是双亲委派机制，即如果一个类加载器加载了一个类，它首先不是自己去加载这个类，而是把请求委派给父加载器，以此类推...。如果父加载器加载不了，它自己才会加载，自己也加载不了就抛出ClassNotFoundException。
JVM 判定一个类是否相同有 2 个条件：1 、包+类名一致；2 、同一个类加载器加载的
类加载器从顶到下分别为 Bootstrap ClassLoader(启动类加载器)、 ExtClassLoader（扩展类加载器）、AppClassLoader（应用类加载器）
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
2、如何打破双亲委派机制？
A：继承ClassLoad抽象类，覆写loadClass方法。Tomcat 通过自定义WebAppClassLoader，优先加载Web 应用目录下的类，然后再加载其他目录下的类，进而打破双亲委派机制。具体参加：https://time.geekbang.org/column/article/105110
3、双亲委派机制的好处？
A：一是避免同类（指的同包+同名+同类加载器实例）被加载多次，二是因为优先加载父类加载器，保护 Java 核心 api的类不会被篡改。
4、类加载过程或类的生命周期?
A：类的生命周期分为 Loading（加载）、 Linking（连接）、Initialization（初始化）、Using（使用）、 UnLoading（卸载）阶段。
类加载过程分 3 步：加载->连接->初始化，其中连接过程又分为 3 步：验证、准备、解析。
- 加载：类加载器通过类全名获取类二进制字节流；将字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区的运行时数据结构；在内存生成代表该类的 Class对象，作为方法区这些数据的访问入口。
- 验证：是连接阶段的第一步，目的是确认加载的Class 文件字节流符合《Java 虚拟机规范》，主要验证点包含Class文件格式检查、元数据验证（字节码语义）、字节码验证（程序语义）、符号引用验证（类的正确性检查）
- 准备：为类变量分配内存，并为其设置初始值。需要注意的是，从 JDK1.7 及以后版本，HotSpot已经将字符串常量池和类静态变量等移动到堆中，这时候类变量会随着 Class 对象一起放到堆中
- 解析：JVM 将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，也就是得到类或字段、方法在内存的地址或偏移量
- 初始化：是直接<clinit>方法的过程，是类加载的最后一步，这一步JVM 才开始执行类中定义Java程序代码（字节码）
类卸载过程：即该类的 Class 对象被 GC 。需满足 3 个条件：该类的所有实例都已被 GC，即堆里不存在该类的实例对象；该类没在其他任何地方引用；该类的类加载器已被 GC。
5、介绍下 Java 内存区域（运行时数据区）
A：分为线程私有区、线程共享区，线程私有区包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，线程共享区包括方法区、堆。
- 程序计数器（Program Counter Register）：存储下个指令的地方，无垃圾回收、无 OOM
- 虚拟机栈（VM Stack）：一句话理解，栈是用来解决程序运行问题的；二句话理解，调用方法，创建栈帧，入栈，方法结束，出栈。栈帧是一块内存区域，维系着方法执行的各种数据，包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址。常见问题：若栈的大小不允许动态扩展，超过设置的固定大小，报StackOverFlowError；若栈允许动态拓展，没有空闲的内存空间时，报 OutOfMemoryError
- 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈作用类似，也会出现StackOverFlowError和 OutOfMemoryError。虚拟机栈是为 Java 程序服务的，本地方法栈是虚拟机使用的 native 方法服务
- 方法区：虚拟机使用一个类时，会把 Class字节码文件加载到方法区存储。方法区会存储类信息、字段信息、方法信息、 JIT 代码缓存、运行时常量等。永久代和元空间是 HotSpot对方法区的两种实现，永久代是 JDK1.8 之前的实现，元空间是 JDK1.8 及以后的实现。元空间使用的本地内存，受本机内存限制，元空间溢出时，报OutOfMemoryError
- 堆（Head）：一句话，解决对象分配存放的问题。从JDK1.7，字符串常量池和静态变量存储在堆。堆分为新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation），其中新生代包括 Eden 、 S0 、S1。两种情况会出现OutOfMemoryError，当 JVM 花太多时间执行 Full GC，但却只能回收少量空间；或堆空间不足以存放新对象。
Q：常见概念
A：新生代垃圾回收：Minor GC/Young GC；老年代垃圾回收：Major GC；整堆垃圾回收：Full GC，回收整个堆和方法区；混合收集（Mix）:Mix GC, G1中的概念，收集整个新生代和部分老年代
6、对象在堆上分配的过程？
A：情况 1：对象首先会分配到 Eden 区；情况 2：如果是大对象，直接进入老年代；如果 Eden 容纳不下，发生一次 minor GC，Eden 和 S0 一起转移到 S1区，此时仍有存活对象（S1 区），其年龄+1；下次 Eden 又满了， 发生一次minor GC，Eden+S1进入 S0，年龄又+1，当年龄大于阈值，进入老年代。
7、进入老年代的情况？
A：大对象直接进入老年代；长期存活的对象进入老年代；对象年龄动态判断，s区相同年龄的对象大小总和>s区空间一半，那么大于等于此年龄的对象进入老年代；minor GC过程中如果 S 区容纳不下，则通过分配担保机制进入老年代。
8、堆、栈、方法区的关系？
A：对象引用分配到栈，对象分配到堆，类信息存储在方法区
9、Java 对象的创建过程
- 步骤 1、类加载检查
虚拟机遇到new指令时，首先检查常量池中是否存在类的符号引用，若未加载则触发类加载流程（加载.class文件到方法区，解析并初始化类元数据）。若类已加载，则直接进入内存分配阶段。
关键点：
符号引用：编译时用类全限定名代替实际内存地址，类加载时解析为元数据指针。
懒加载机制：仅当使用类时才会加载。 - 步骤 2、内存分配
在堆中为对象划分内存空间，具体方式取决于堆内存是否规整：
指针碰撞（Bump The Pointer），堆内存规整（已用内存与空闲内存分离），通过移动分界指针快速分配空间。适用场景：使用Serial、ParNew等带压缩功能的垃圾收集器。
空闲列表（Free List），堆内存不规整时，维护空闲块列表，按需分配并更新列表。适用场景：CMS等不带压缩功能的收集器。
并发安全处理：
CAS + 重试：通过原子操作保证指针移动的线程安全。
TLAB（线程本地分配缓冲）：为每个线程预分配堆内存区域，减少竞争。 - 步骤 3、初始化零值
将分配的内存空间初始化为默认值（如int为0，引用类型为null），确保未显式赋值的字段可安全使用。若使用TLAB，此步骤可能提前执行。 - 步骤 4、设置对象头
在对象头中存储元数据信息，包括：类型指针：指向类的元数据（如class对象）。哈希码：对象内存首地址的哈希值（默认）。GC信息：分代年龄、锁状态等。对象布局：对象头（含Mark Word和元数据指针）、实例数据、对齐填充。 - 步骤 5、执行构造方法（方法）
从Java程序视角，对象初始化正式开始：调用构造函数，执行字段显式赋值、实例初始化块等操作。将堆内存地址赋值给引用变量，完成对象可用性。 - 步骤 6、返回对象引用
将对象的内存地址返回给变量，供后续使用。 - 总结：Java对象创建流程可概括为：类加载 → 内存分配 → 零值初始化 → 对象头设置 → 构造方法执行 → 返回引用。核心难点在于内存分配策略（指针碰撞/空闲列表）和并发安全机制（CAS/TLAB），需结合垃圾收集器特性理解。掌握此流程有助于优化内存管理和排查内存泄漏问题。
10、对象的访问定位的两种方式（句柄和直接指针两种方式）
- 方式 1：句柄访问（Handle）
[ 栈（Stack） ]
| 引用变量 → [ 句柄池（Handle Pool） ] → [ 对象实例数据 ]
| |
| → [ 类元数据（Class Data） ] （存储在方法区）
图示说明：
- 栈：存储引用变量，指向句柄池中的句柄。
- 句柄池：包含对象实例数据地址和类型指针。
- 对象实例数据：堆中的实际对象内容。
- 类元数据：方法区中的类信息（如字段、方法）。
特点： - 引用地址稳定，对象移动时只需修改句柄中的实例指针。
- 额外一次间接寻址，性能略低。
方式 2：直接指针（Direct Pointer）
[ 栈（Stack） ]
| 引用变量 → [ 对象头（Header） ] → [ 类元数据（Class Data） ]
| [ 实例数据（Instance Data） ]
| [ 对齐填充（Padding） ]
图示说明：
- 栈：引用变量直接指向堆中的对象头。
- 对象头：包含类型指针（指向方法区类元数据）和哈希码等元信息。
- 实例数据：对象的实际字段内容。
特点： - 一次直接寻址，访问速度快。
- 对象移动时需更新所有相关引用地址。
HotSpot虚拟机使用的直接指针。
参考文档
