面试题|Java|JVM

Jvm数据区

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• 线程共享区
  • 方法区（运行常量池）
    主要用于存放堆内存中的一些执行逻辑和变量，类的加载信息，常量，静态变量等一系列信息，和堆不同，方法去不需要频繁gc等操作，又叫永久代
  • 堆
    Java中的类实例，数组都将存放在堆中，gc发生也是在堆中，堆是Jvm内存中最大的一块内存地址
• 线程私有区
  • 虚拟机栈
    虚拟机栈就是线程所私有Java方法的内存区域，包括方法所引用的基本数据类型和引用。
    Java方法的使用就是压栈过程，基本数据类型和引用则是存在栈帧中，当方法抛出异常或结束则是出栈的操作。
  • 本地方法区
    native修饰的非Java方法
    本地方法栈也有自己的栈帧等，栈帧里面也相应的有局部变量表，操作数栈，动态链接，出口信息等
  • 程序计数器
    Jvm的本质是多线程交替的，但是如何保证每一个线程拿到cpu资源的时候可以从结束的地方接着开始，就需要程序技术器来保证

堆的分类

• Eden
• Survivor0
• Survivor1
• 老年代

首先分配内存到Eden区，当发生Gc之后转移到s0或者s1中（如果s0先被使用，那么下一次则使用s1，总之是为了保留新生代的内容），每一次gc都会给新生代数据记录次数，一般来说超过15次则进入老年代

运行常量池

• 字符串内容
• final修饰的关键字
• 基本数据类型的值
• 符号引用
  • 类和结构完全限定名
  • 字段名称和描述符
  • 方法名称和描述符

Java对象的创建过程

1. 类加载
2. 分配内存
3. 初始化零值
4. 设置对象头
5. 执行init

类加载过程

类加载过程图

1. 加载 （所需类的加载过程）

   • 通过类的全限定名获取该类的二进制流（通过class全限定名从本地，网络，专有数据库中的jar或者zip中获取.class文件）
   • 生成java.lang.class对象作为方法区进入该对象的入口
   • 将字节流的存储结构转化到jvm方法区中运行时的数据结构

2. 验证 （了解Class字节文件是否符合当前虚拟机要求）

   • 文件格式验证: 字节流是否符合class文件规范
   • 元数据验证: 是否符合java的语法规范，例如继承接口，是否实现了接口中的方法
   • 字节码验证: 数据和控制流验证，保证方法中的类型转换有效
   • 符号引用验证: 验证是否可以通过符号引用找到相应的对象和变量

3. 准备 （为类的变量分配内存和设置类的初始值（即方法区分配这些变量空间））

   • 为变量分配空间
   • 为变量初始化赋值的过程，例如int 赋值为 0 ，对象赋值为 null 等
   • 特殊 private static final a = 1
     正常来说，应该是初始化阶段赋值，但是这个情况下直接在方法去中替换a = 1 ，则在准备阶段就完成赋值

4. 解析 （虚拟机将常量池中的符号引用转为直接引用的过程）

   • 什么是符号引用？
     用一串不会有歧义的符号来标识引用的对象或者是变量
   • 什么是直接引用？
     正式用指针去引用符号和变量

5. 初始化

真正按照程序员的意愿去初始化值

分配内存

分配方法

1. 指针碰撞
   内存空间比较整洁，直接移动指针分配空间
2. 空闲链表
   “见缝插针”，空间不连续，则找到空闲的地方插入数据

线程安全问题

1. 利用CAS不都安的尝试获取内存空间直到成功（目前虚拟机的解决方案）
2. TLAB： 为每个线程独自分配一部分空间，且独有，分配的时候优先分配到该空间中

设置对象头

例如Synchronized关键字需要Mark Word中的monitor对象（MonitorExit，MonitorEnter）

对象的访问方式

1. 句柄访问

   
   image
   

   reference -> 句柄池中指针 -> 实例数据

2. 直接访问

   
   image
   

   reference -> 实例数据

3. 句柄和直接访问的优缺点分析

论访问速度直接访问最快，但是如果需要删除的话需要直接删除数据
句柄中则可以直接把句柄值赋null，效率更快

对象死亡的分析方法

1. 程序计数法 ： 清零以后则可以判断死亡
2. 可达性分析法 ： 以Gc root为起点 看看各个对象是否可以连接起来，如果连接不起来，被独立则可以判断回收

• 什么是Gc root（GC Roots一般在JVM的栈区域里产生）
  • 处于激活状态的线程
  • 栈中的对象
  • JNI中的变量
  • JNI的全局引用
  • 对象头的Monitor对象

引用的类型

• 强引用 （大部分是强引用，虚拟机就算oom，也不会回收引用）
• 软引用 （当内存不足的时候，会回收软引用）
• 弱引用 （只要被回收器判定为垃圾，则直接回收，可以用于判断是否被gc回收）
• 虚引用 （虚引用不在乎引用了什么对象，可以说是一种gc标志，必须配合引用队列，可以在对象被回收之前做一些操作）

垃圾回收算法

• 标记清除算法（标记为垃圾后，直接删除）
• 复制算法 （开辟两块空间，直接将为被回收的部分复制到另一部分的空间内）
• 标记整理算法 （先标记，之后移动，使得内存空间干净）
• 分代收集算法 （分为年轻代和老年代，分别使用不同的算法，新生代用复制算法， 老年代用标记整理算法）

垃圾回收器

• Serial （单线程）

单线程回收垃圾，回收的时候需要暂停其它的一切线程

• Parnew （多线程）

对Serial的升级，其它不变，就是变成多线程

• Parallel Scavenge （多线程）

提升吞吐量（程序运行时间/CPU使用时间），提高回收次数，减少回收时间

• CMS （真正意义上的多线程）
  • 标记清除算法
  • 过程
    1. 初始标记 （暂停所有线程，标记Gc Root相连的对象）
    2. 并发标记 （进行可达性分析，标记一系列回收对象）
    3. 重新标记 （修正并发标记期间用户的修改）
    4. 并发清除 （开始清理）
  • 缺点
    • 对CPU资源敏感
    • 无法清理浮动垃圾
    • 有太多的空间碎片
• G1 （多线程，不区分新生代和老年代）

  • 预览图

    
    image
  • 分区 Region （G1对内存的使用以分区(Region)为单位，而对对象的分配则以卡片(Card)为单位。）

  不区分老年代和年轻代都会直接被划分成Region，每个Region还会被细分为若干个大小为512 Byte的Card，卡片还会记录在全局卡片表(Global Card Table)中.
  不同卡中的对象可能会互相引用，还可能是跨域Region引用，如果存在的话会直接写屏障（并发标记阶段）
  + 分区模型
  - 预览图
  

  image
  - 巨型对象 Humongous Region
  由于太大会导致分区出现问题，因此直接在老年代中分配空间
  - 已记忆集合 Remember Set (RSet) （存在于Region中）
  - 记录引用分区内对象的卡片索引
  - 内部使用Per Region Table (PRT) 记录使用引用的情况（稀少，细粒度，粗粒度）
  + 稀少 （记录到卡）
  + 细粒度 （记录到region）
  + 粗粒度 （记录到引用的数目）
  - 过程
  1. 初始标记 （GC Root的标记）
  2. 并发标记 （三色标记法开始）
  3. 最终标记 （三色标记的最终标记）
  4. 筛选回收 （复制清除算法）
  - 三色标记
  + white （不可达回收）
  + grey （子对象还未扫描完）
  + black （gc root）
  - STAB
  > 本质是上对对象的一次快照，快照的内容就是查看对象的颜色（三色标记）以维持并发的效率。

双清委派模型

采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
而有了双亲委派模型，黑客自定义的java.lang.String类永远都不会被加载进内存。因为首先是最顶端的类加载器加载系统的java.lang.String类，最终自定义的类加载器无法加载java.lang.String类

双亲委派模型的破坏 (借鉴CSDN博主的文章说的很完整了)

原生的JDBC中Driver驱动本身只是一个接口，并没有具体的实现，具体的实现是由不同数据库类型去实现的。例如，MySQL的mysql-connector-.jar中的Driver类具体实现的。 原生的JDBC中的类是放在rt.jar包的，是由启动类加载器进行类加载的，在JDBC中的Driver类中需要动态去加载不同数据库类型的Driver类，而mysql-connector-.jar中的Driver类是用户自己写的代码，那启动类加载器肯定是不能进行加载的，既然是自己编写的代码，那就需要由应用程序启动类去进行类加载。于是乎，这个时候就引入线程上下文件类加载器(Thread Context ClassLoader)。有了这个东西之后，程序就可以把原本需要由启动类加载器进行加载的类，由应用程序类加载器去进行加载了。
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版权声明：本文为CSDN博主「Jack老师」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/luoyang_java/article/details/92598142

参考文章

• https://blog.csdn.net/zhaocuit/article/details/93038538
• https://blog.csdn.net/qq_34402394/article/details/72793119
• https://www.cnblogs.com/bigbaby/p/12348973.html
• https://blog.csdn.net/fedorafrog/article/details/104503829/
• https://blog.csdn.net/luoyang_java/article/details/92598142