还怕面试官问JVM吗？

2020-08-07 本文已影响0人黄榕生Ron

请你谈谈你对JVM的理解？

JVM类加载器是怎么样的？有几种？

什么是OOM，什么是StackOverFlowError? 怎么分析？

JVM常用调优参数有哪写？

GC有几种算法？分别是怎么执行的？

你知道JProfiler吗，怎么分析Dump文件？

第一次看到这些真真实实的面试题的时候，我~

这都什么玩意？？？？？？？

经过一段时间的研究！！接下来，我将以大白话从头到尾给大家讲讲Java虚拟机！！

1、什么是JVM？在哪？

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

百度的解释云里雾里，对于我们Java程序员，说白了就是：

JVM本质上是一个程序，它能识别.class 字节码文件（里面存放的是我们对.java编译后产生的二进制代码），并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，完成我们想要的操作！

关于Java语言的跨平台性，就是因为JVM，我们可以将其想象为一个抽象层，只要这个抽象层JVM正确执行了.class文件，就能运行在各种操作系统之上了！这就是一次编译，多次运行

对于JVM的位置：

JVM是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互

2、JVM、JRE、JDK 的关系

JDK（Java Development Kit）：Java开发工具包

JRE（Java Runtime Environment）：Java运行环境

JDK = JRE + javac/java/jar 等指令工具

JRE = JVM + Java基本类库

3、JVM体系结构

Java虚拟机主要分为五大模块：

类装载器子系统

运行时数据区

执行引擎

本地方法接口

垃圾收集模块

方法区是一种特殊的堆

栈里面不会有垃圾，用完就弹出了，否则阻塞了main方法

垃圾几乎都在堆里，所以JVM性能调优%99都针对于堆

4、三种JVM（了解）

Sun公司 HotSpot（我们都用的这个）

BEA公司 JRockit

IBM公司 J9 VM

5、类加载器

作用：加载.Class字节码文件

1、回顾new对象的过程

public class Student {

//私有属性

private String name;

//构造方法

public Student(String name) {

this.name = name;

}

}

类是模板、模板是抽象的；对象是具体的，是对抽象的实例化

//运行时,JVM将Test的信息放入方法区

public class Test{

//main方法本身放入方法区

public static void main(String[] args){

//s1、s2、s3为不同对象

Student s1 = new Student("zsr"); //引用放在栈里，具体的实例放在堆里

Student s2 = new Student("gcc");

Student s3 = new Student("BareTH");

System.out.println(s1.hashCode());

System.out.println(s2.hashCode());

System.out.println(s3.hashCode());

//class1、class2、class3为同一个对象

Class<? extends Student> class1 = s1.getClass();

Class<? extends Student> class2 = s2.getClass();

Class<? extends Student> class3 = s3.getClass();

System.out.println(class1.hashCode());

System.out.println(class2.hashCode());

System.out.println(class3.hashCode());

}

}

根据结果，我们发现：

s1、s2、s3的hashcode是不同的，因为是三个不同的对象，对象是具体的

class1、class2、class3的hashcode是相同的，因为这是类模板，模板是抽象的

我们画图分析以下new一个对象的流程：

首先Class Loader读取字节码.class文件，加载初始化生成Student模板类

通过Student模板类new出三个对象

那么Class Loader具体是怎么执行我们的.class字节码文件呢，这就引出了我们类加载器~

2、类加载器的类别

我们编写这样一个程序

根据返回结果，我们来讲解以下三种加载器：

级别从高到底

启动类（根）加载器：BootstrapClassLoader

c++编写，加载java核心库 java.*,构造拓展类加载器和应用程序加载器。

根加载器加载拓展类加载器，并且将拓展类加载器的父加载器设置为根加载器，

然后再加载应用程序加载器，应将应用程序加载器的父加载器设置为拓展类加载器

由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，我们无法直接获取到启动类加载器的引用；这就是上面那个程序我们第三个结果为null的原因。

加载文件存在位置

拓展类加载器：PlatformClassLoader

java编写，加载扩展库，开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

java9之前为ExtClassloader，Java9以后改名为PlatformClassLoader

加载文件存在位置

应用程序加载器：AppClassLoader

java编写，加载程序所在的目录

是Java默认的类加载器

用户自定义类加载器：CustomClassLoader

java编写,用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

6、双亲委派机制

1、什么是双亲委派机制

类加载器收到类加载的请求

将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到根加载器BootstrapClassLoader

根加载器检查是否能够加载当前类，能加载就结束，使用当前的加载器；否则就抛出异常，通知子加载器进行加载；自加载器重复该步骤。

2、作用

举个例子：我们重写以下java.lang包下的String类

发现报错了，这就是双亲委派机制起的作用，当类加载器委托到根加载器的时候，String类已经被根加载器加载过一遍了，所以不会再加载，从一定程度上防止了危险代码的植入!!

作用总结：

防止重复加载同一个.class。通过不断委托父加载器直到根加载器，如果父加载器加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。

保证系统核心.class，如上述的String类不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.class，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个class对象。这样保证了class执行安全。

7、沙箱安全机制

这里引用了这篇博文引用链接，了解即可

什么是沙箱？

Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox）

沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将 Java 代码限定在虚拟机(JVM)特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。

沙箱主要限制系统资源访问，系统资源包括CPU、内存、文件系统、网络。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。

所有的Java程序运行都可以指定沙箱，可以定制安全策略。

java中的安全模型演进

在Java中将执行程序分成本地代码和远程代码两种

本地代码可信任，可以访问一切本地资源。

远程代码不可信信在早期的Java实现中，安全依赖于沙箱 (Sandbox) 机制。

如下图所示

如此严格的安全机制也给程序的功能扩展带来障碍，比如当用户希望远程代码访问本地系统的文件时候，就无法实现。

因此在后续的 Java1.1 版本中，针对安全机制做了改进，增加了安全策略，允许用户指定代码对本地资源的访问权限。

如下图所示

在Java1.2版本中，再次改进了安全机制，增加了代码签名。

不论本地代码或是远程代码，都会按照用户的安全策略设定，由类加载器加载到虚拟机中权限不同的运行空间，来实现差异化的代码执行权限控制。

如下图所示

当前最新的安全机制实现，则引入了域 (Domain) 的概念。

虚拟机会把所有代码加载到不同的系统域和应用域

系统域部分专门负责与关键资源进行交互

应用域部分则通过系统域的部分代理来对各种需要的资源进行访问。

虚拟机中不同的受保护域 (Protected Domain)，对应不一样的权限 (Permission)。存在于不同域中的类文件就具有了当前域的全部权限，如下图所示

组成沙箱的基本组件

1. 字节码校验器（bytecode verifier）

确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类（如上述java.lang.String）。

2. 类装载器（class loader）

其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用

它防止恶意代码去干涉善意的代码；

它守护了被信任的类库边界；

它将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作。

虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成，每一个被装载的类将有一个名字，这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的，它们互相之间甚至不可见。

类装载器采用的机制是双亲委派模式。

从最内层JVM自带类加载器开始加载，外层恶意同名类得不到加载从而无法使用；

由于严格通过包来区分了访问域，外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，破坏代码就自然无法生效。

存取控制器（access controller）：存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限，而这个控制的策略设定，可以由用户指定。

安全管理器（security manager）：是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制，比存取控制器优先级高。

安全软件包（security package）：java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括：

安全提供者

消息摘要

数字签名

加密

鉴别

8、Native本地方法接口

JNI：Java Native Interface

本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序

native：凡是带native关键字的，说明java的作用范围达不到了，会去调用底层c语言的库！进入本地方法栈，调用本地方法接口JNI，拓展Java的使用，融合不同的语言为Java所用

Java诞生的时候C、C++横行，为了立足，必须要能调用C、C++的程序

于是在内存区域中专门开辟了一块标记区域：Native Method Stack，登记Native方法

最终在执行引擎执行的的时候通过JNI（本地方法接口）加载本地方法库的方法

目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间通信很发达，比如可以使用 Socket通信，也可以使用 Web service等等，了解即可！

9、PC寄存器

程序计数器： Program Counter Register

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向像一条指令的地址，也即将要执行的指令代码），在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

10、方法区

方法区：Method Area

方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间；

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java 堆区分开来。

1. 方法区中有啥？

静态变量(static)

常量(final)

类信息（构造方法、接口定义）

运行时的常量池

2. 创建对象内存分析

创建一个对象时，方法区中会生成对应类的抽象模板；还有对应的常量池、静态变量、类信息、常量

我们通过类模板去new对象的时候

堆中存放实例对象

栈中存放对象的引用，每个对象对应一个地址指向堆中相同地址的实例对象

例如这个例子中，生成了对应的Person模板类，name常量“zsr”放在常量池中，三个对象的引用放在栈中，该引用指向放在堆中的三个实例对象。

这就是堆、栈、方法区的交互关系

11、栈

又称栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步，线程结束，栈内存就释放了，不存在垃圾回收

栈：先进后出

队列：先进先出（FIFO）

1、栈中存放啥？

8大基本类型

对象引用

实例的方法

2、栈运行原理

栈表示Java方法执行的内存模型

每调用一个方法就会为每个方法生成一个栈帧（Stack Frame），每个方法被调用和完成的过程，都对应一个栈帧从虚拟机栈上入栈和出栈的过程。

程序正在执行的方法一定在栈的顶部

3、堆栈溢出StackOverflowError

举个例子：

public class Test {

public static void main(String[] args) {

new Test().a();

}

public void a() {

b();

}

public void b() {

a();

}

最开始，main()方法压入栈中，然后执行a()，a()压入栈中；再调用b()，b()压入栈中；以此往复，a与b方法不断被压入栈中，最终导致栈溢出

12、堆

Heap，一个JVM只有一个堆内存（栈是线程级的），堆内存的大小是可以调节的

1、堆中有啥？

实例化的对象

2、堆内存详解

1、Young 年轻代

对象诞生、成长甚至死亡的区

Eden Space（伊甸园区）：所有的对象都是在此new出来的

Survivor Space（幸存区)

幸存0区（From Space）（动态的，From和To会互相交换）

幸存1区（To Space）

Eden区占大容量，Survivor两个区占小容量，默认比例是8:1:1。

2、Tenured 老年代

3、Perm 元空间

存储的是Java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收！关闭虚拟机就会释放这个区域内存！

这个区域常驻内存，用来存放JDK自身携带的Class对象、Interface元数据。

名称演变

jdk1.6之前：永久代

jdk1.7：永久代慢慢退化，去永久代

jdk1.8之后：永久代改名为元空间

注意：元空间在逻辑上存在，在物理上不存在

新生代 + 老年代的内存空间 = JVM分配的总内存

如图所示：

3、什么是OOM？

内存溢出java.lang.OutOfMemoryError

产生原因：

分配的太少

用的太多

用完没释放

4、GC垃圾回收

GC垃圾回收，主要在年轻代和老年代

首先，对象出生再伊甸园区

假设伊甸园区只能存一定数量的对象，则每当存满时就会触发一次轻GC（Minor GC）

轻GC清理后，有的对象可能还存在引用，就活下来了，活下来的对象就进入幸存区；有的对象没用了，就被GC清理掉了；每次轻GC都会使得伊甸园区为空

如果幸存区和伊甸园都满了，则会进入老年代，如果老年代满了，就会触发一次重GC（FullGC），年轻代+老年代的对象都会清理一次，活下的对象就进入老年代

如果新生代和老年代都满了，则OOM

Minor GC：伊甸园区满时触发；从年轻代回收内存

Full GC：老年代满时触发；清理整个堆空间，包含年轻代和老年代

Major GC：清理老年代

什么情况永久区会崩？

一个启动类加载了大量的第三方Jar包，Tomcat部署了过多应用，或者大量动态生成的反射类

这些东西不断的被加载，直到内存满，就会出现OOM

14、堆内存调优

1、查看并设置JVM堆内存

查看我们jvm的堆内存

public class Test {

public static void main(String[] args) {

//返回jvm试图使用的最大内存

long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();

//返回jvm的初始化内存

long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();

//默认情况下：分配的总内存为电脑内存的1/4,初始化内存为电脑内存的1/64

System.out.println("max=" + max / (double) 1024 / 1024 / 1024 + "G");

System.out.println("total=" + total / (double) 1024 / 1024 / 1024 + "G");

}

默认情况下：

JVM最大分配内存为电脑内存的1/4

JVM初始化内存为电脑内存的1/64

我们可以手动调堆内存大小

在VM options中可以指定jvm试图使用的最大内存和jvm初始化内存大小

-Xms1024m -Xmx1024m -Xlog:gc*

-Xmx用来设置jvm试图使用的最大内存，默认为1/4

-Xms用来设置jvm初始化内存，默认为1/64

-Xlog:gc*用来打印GC垃圾回收信息

2、怎么排除OOM错误？

1. 尝试扩大堆内存看结果

利用上述方法指定jvm试图使用的最大内存和jvm初始化内存大小

2. 利用内存快照工具JProfiler

内存快照工具：

MAT（Eclipse）

JProfiler

作用：

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏

获得堆中的文件

获得大的对象

…

3. 什么是Dump文件？如何分析？

Dump文件是进程的内存镜像，可以把程序的执行状态通过调试器保存到dump文件中

举个例子

import java.util.ArrayList;

public class Test {

byte[] array = new byte[1024 * 1024];//1M

public static void main(String[] args) {

ArrayList<Test> list = new ArrayList<>();

int count = 0;

try {

while (true) {

list.add(new Test());

count++;

}

} catch (Exception e) {

System.out.println("count=" + count);

e.printStackTrace();

}

}

}