Java基础面试题整理（二）-- JVM

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java基础面试题整理（二）-- JVM，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含8215字，纯文字阅读大概需要12分钟。

内容图文

Java平台无关性如何实现

Java源码首先被编译成字节码，再由不同平台的JVM进行解析，Java语言在不同的平台 上运行的时候不需要进行重新编译，Java虚拟机在执行字节码的时候，把字节码转换成具体平台上的机器指令。

为什么JVM不直接将源码解析成机器码去执行

• 准备工作：每次执行都需要各种检查；
• 兼容性：可以将别的语言解析成字节码；

JVM如何加载class文件

• ClassLoader：依照特定格式，加载class文件到内存；
• Execution Engine：对命令进行解析；
• Native Interface：融合不同开发语言的原生库为Java所用；

什么是反射？

Java的反射机制就是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个的所有属性和方法；对于任意一个对象都能够调用它的任意方法和属性，这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能成为Java 的反射机制；

写一个反射的例子

//对象类
public class Robot {
    private String name;
    public void sayHi(String helloSentence){
        System.out.println(helloSentence + " " + name);
    }
    private String throwHello(String tag){
        return "Hello " + tag;
    }
    static {
        System.out.println("Hello Robot");
    }
}

mport java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class ReflectSample {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, NoSuchFieldException {
    	//获取类对象
        Class rc = Class.forName("com.interview.javabasic.reflect.Robot");
        // 
        Robot r = (Robot) rc.newInstance();
        System.out.println("Class name is " + rc.getName());
        Method getHello = rc.getDeclaredMethod("throwHello", String.class);
        getHello.setAccessible(true);
        Object str = getHello.invoke(r, "Bob");
        System.out.println("getHello result is " + str);
        Method sayHi = rc.getMethod("sayHi", String.class);
        sayHi.invoke(r, "Welcome");
        Field name = rc.getDeclaredField("name");
        name.setAccessible(true);
        name.set(r, "Alice");
        sayHi.invoke(r, "Welcome");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

    }
}

谈谈ClassLoader

ClassLoader在Java中有着非常重要的作用，它主要工作在Class装载的加载阶段，其主要作用是从系统外部获得Class的二进制工作流，它是Java的核心组件，所有的Class都是由ClassLoader进行加载的，ClassLoader负责通过将Class文件里的二进制数据流加载进系统，然后交给Java虚拟机进行连接、初始化等操作。

• BootStrapClassLoader： C++编写，加载核心库java.*;
• ExtClassLoader： Java编写，加载扩展库 javax.*;
• AppClassLoader： Java编写，加载程序所在目录；
• 自定义ClassLoader： Java编写，定制化加载；

类加载器的双亲委派机制

• 避免多份同样的字节码的加载；

类的加载方式

• **隐式加载: ** new
• 显式加载： laadClass、forName；

类加载过程：

• 加载： 通过ClassLoader加载class文件字节码，生成Class对象；
• 链接 ：
  • 校验：检查加载的class的正确性和安全性；
  • 准备：为类变量分配存储空间并设置类变量的初始值(static修饰的变量)；
  • 解析：JVM将常量池内的符号引用转化为直接引用；
• 初始化： 执行类变量赋值和静态代码块；

loadClass和forName的区别：

• Class.forName()得到的class是已经得到初始化完成的，Classloader.loadClass得到的class 是还没有链接的；
• Classloader.loadClass 在实现Spring的延迟加载时作用很大；

谈谈Java的内存模型

内存简介

地址空间的划分

• 内核空间
• 用户空间

JVM架构

• ClassLoader：依据特定格式，加载class文件到内存；
• ExecutionEngine：对命令进行解析；
• NativeInterface：融合不同开发语言的原生库为Java所用；
• Runtime Data Area: JVM内存空间结构模型；

JVM内存模型–JDK8

• 线程私有的：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈；
• 线程共享：MetaSpace、Java堆；

线程私有–程序计数器

• 当前线程所执行的字节码行号指示器（逻辑），逻辑计数器；
• 改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令；
• 和线程是一对一的关系，即"线程私有"；
• 对Java方法计数，如果是Native方法计数器值为Undefined；
• 不会发生内存泄漏；

线程私有–Java虚拟机栈（Stack）

• Java方法执行的内存模型；
• 包括多个栈帧（局部变量表、操作栈、动态链接、返回地址）；
  • 局部变量表： 包含方法执行过程中的所有变量；
  • 操作数栈： 入栈、出栈、复制、交换、产生消费变量；

线程私有–Java本地方法栈

• 与虚拟机栈相思，主要作用于native方法栈；

线程共享–MetaSpace（元空间）

• 元空间使用本地内存，而永久代使用的是jvm内存；
  • 字符串常量池存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出；
  • 类和方法的信息大小难易确定，给永久代的大小指定带来困难；
  • 永久代会给GC带来不必要的复杂性；

线程共享–堆（Heap）

• 对象实例的分配区域；
  
• GC管理的主要区域；
  

说一下JVM三大性能调优参数 -Xms、-Xmx、-Xss的含义

• -Xss： 规定了每个线程虚拟机栈（堆栈）的大小；
• -Xms： 堆的初始值；
• -Xmx： 堆能达到的最大值，一般Xms和Xmx的值一样；

Java内存模型堆和栈的区别–内存分配策略；

1、存储区别

• 静态存储： 编译时就能确定每个数据目标在运行时的存储空间需求；
• 栈式存储： 数据区需求在编译时未知，运行时模块入口确定；
• 堆式存储： 编译时或运行时模块入口都无法确定，动态分配；

2、联系

• 引用对象、数组时候，栈里会定义变量保存堆中目标的首地址；
  
• 管理方式：栈自动释放，堆需要GC;
• 空间大小：栈比堆小；
• 碎片相关：栈产生的碎片远小于堆；
• 分配方式：栈支持静态和动态分配，堆仅支持动态分配
• 效率：栈的效率比堆高；

垃圾回收

对象被判定为垃圾的标准

• 没有被对象引用
  • 引用计数法：通过判断的引用数量来决定镀锡是否可以被回收，每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1，任何引用计数为0的对象实例可以被当做垃圾收集；
  • 可达性分析算法：通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收；
    
    • 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）；
    • 方法区中常量引用的对象；
    • 方法区中类静态属性引用的对象；
    • 本地方法栈中引用对象；
    • 活跃线程的引用对象；

垃圾回收算法

标记-清除算法

• 标记：从 根集合进行扫描，对存活的对象进行标记；
• 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存；
  

复制算法（适合年轻代中的对象）

• 可用内存分为对象面和空闲面；
• 对象在对象面上创建，存活的对象被从对象面复制到空闲面；
• 将对象面所有对象面内存清除；

标记-清除算法（适合老年代中的对象）

• 标记：从根集合进行扫描，对存货的对象进行标记；
• 清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收；
• 优点：
  1、避免内存的不连续；
  2、不用设置两块内存互换；
  3、适用于存活率高的场景；

分代收集算法

• 垃圾回收的集大成者，按照对象生命周期的不同划分区域以采用不同的垃圾回收算法，提高垃圾回收效率；
• 年轻代对象存活率低，使用复制算法；老年代对象存活率高，使用标记-整理或者标记-清除算法；

年轻代：尽可能快速收集掉那些生命周期短的对象

• Eden区（8）：新创建的对象在Eden去内存足够的情况下存在；
• 两个Survivor区（1:1）：
  
  对象如何晋升到老年代
• 经历一定Minor次数依然存活的对象；
• Survivor区中存放不下的对象；
• 新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshold）
  常用的调优参数
• -XX:SurvivorRatio: Eden区和Survivor区的比值，默认8:1;
• -XX:NewRatio: 老年代和你年轻代内存大小的比例；
• -XX:MaxTenuringThreshold： 对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的阈值；

老年代：存放生命周期较长的对象

• 使用标记清理或标记整理算法进行垃圾回收；
• 触发老年代的垃圾回收指的是Full GC或Major GC；
• Full GC比Minor GC慢；
  触发Full GC的条件：
• 老年代空间不足；
• CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure；
• MinorGC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间；
• 调用System.gc（）可能会触发Full GC；

Stop-the-World

• JVM要执行垃圾回收而停止了应用程序的执行；
• 任何一种GC算法中都会发生；
• 多数GC优化通过减少Stop-the-world发生的时间来提高性能；

GC的分类

• Minor GC：发生在年轻代中；
• Full GC：发生在老年代中；

常见的垃圾收集器

JVM的运行模式

• Server
• Client

垃圾收集器之间的联系

年轻代收集器

Serial收集器（-XX:UserSerial,复制算法）

• 单线程收集：进行垃圾收集时候，必须暂停所有工作线程；
• 简单高效：Client默认下默认的年轻代收集器；

ParNew收集器（-XX:+UseParNewGC,复制算法）

• 多线程收集，其余的行为、特点和Serial收集器一样；
• 单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势；

Parallel Scavenge收集器(-XX:+UseParallelGC,复制算法)

• 更关注系统的吞吐量；
• 在多核下执行才有优势，Server模式下默认的年轻代收集器；

老年代收集器

Serial Old收集器(-XX:+UseSerialOldGC，标记-整理算法)

• 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程；

Parallel Old收集器(-XX:+UseParallelOldGC，标记-整理算法)

• 单线程。吞吐量优先；

CMS收集器(-XX:+UseConcMarkSweepGC,标记-清除算法)

• 初始标记：stop-the-world
• 并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿；
• 并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象；
• 重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余 对象；
• 并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿；
• 并发重置：重置CMS收集器的数据结构；
  

G1收集器(-XX:+UseG1GC,复制+标记-整理算法)

• 并行和并发；
• 分代收集；
• 空间整合；
• 可预测的停顿；

GC相关面试题

Java中的强引用、软引用、弱引用、虚引用

• 强引用：
  • 最普遍的引用：Object object = new Object();
  • 抛出OOM异常终止程序也不会回收具有强引用的对象；
  • 通过将对象设置为null来弱化引用，使其被回收；
• 软引用
  • 对象处在有用但非必须的状态；
  • 只有当内存空间不足时，GC会回收该引用的对象的内存；
  • 可以用来实现高速缓存；
• 弱引用
  • 非必须的对象，比软引用更弱一些；
• 虚引用
  • 不会决定对象的生命周期；
    
    
    

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Java基础面试题整理（二）-- JVM全部内容，希望文章能够帮你解决Java基础面试题整理（二）-- JVM所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

内容备注

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