Java面试经验总结之JVM篇（一）

一、知识点汇总

JVM是Java运行基础，卖你是是一定对遇到JVM的相关问题，内容相对集中，但是知识深度要求较高

 其中内存模型，类加载机制，GC是重点。性能调优方面更偏向于应用，重点突出实践能力。编译器优化和执行模式偏向于理论基础，重点掌握知识点。

需了解：

 二、知识点详解：

1.JVM内存模型：

1.1 栈

又称方法栈 , 线程私有的 , 线程执行方法是都会创建一个栈阵 , 用来存储局部变量表 , 操作栈 , 动态链接 , 方 法出口等信息. 调用方法时执行入栈 , 方法返回式执行出栈 .

1.2 本地方法栈

与栈类似 , 也是用来保存执行方法的信息 . 执行 Java 方法是使用栈 , 执行 Native 方法时使用本地方法栈 .

1.3 程序计数器

保存着当前线程执行的字节码位置 , 每个线程工作时都有独立的计数器 , 只为执行 Java 方法服务 , 执行

Native 方法时 , 程序计数器为空

1.4 堆

JVM 内存管理最大的一块 , 对被线程共享 , 目的是存放对象的实例 , 几乎所欲的对象实例都会放在这里 ,

当堆没有可用空间时 , 会抛出 OOM 异常 . 根据对象的存活周期不同 ,JVM 把对象进行分代管理 , 由垃圾回 收器进行垃圾的回收管理

1.5 方法区

又称非堆区 , 用于存储已被虚拟机加载的类信息 , 常量 , 静态变量 , 即时编译器优化后的代码等数据 .1.7

的永久代和 1.8 的元空间都是方法区的一种实现

2. 类加载

加载过程

2.1 类加载器

2.2 双亲委派机制

 具体流程为：

1. 当前类加载器收到类加载请求：当一个类加载器收到加载类的请求时，它不会立即尝试加载该类。
2. 将请求委派给父类加载器：当前类加载器首先将加载请求委派给父类加载器。
3. 父类加载器处理请求：

• 如果父类加载器存在，则父类加载器会继续将请求向上委派，直到到达启动类加载器。
• 启动类加载器尝试加载类，如果成功，则返回类的引用。

1. 父类加载器无法加载类：如果启动类加载器无法加载该类，加载失败返回到子类加载器。
2. 当前类加载器尝试加载类：如果父类加载器无法加载该类，则由当前类加载器尝试加载。

3. JVM的垃圾回收机制 

3.1 垃圾回收机制是什么？

所谓垃圾回收机制（Garbage Collection， 简称GC），指自动管理动态分配的内存空间的机制，自动回收不再使用的内存，不定时去堆内存中清理不可达对象，以避免内存泄漏和内存溢出的问题。最早是在1960年代提出的。

垃圾回收是 java相较于c、c++语言的优势之一。其他编程语言，如C#、Python和Ruby等，也都提供了垃圾回收机制。不可达的对象并不会马上就会直接回收， 垃圾收集器在一个Java程序中的执行是自动的，不能强制执行，程序员唯一能做的就是通过调用System.gc 方法来建议执行垃圾收集器，但其是否可以执行，什么时候执行却都是不可知的。

这也是垃圾收集器的最主要的缺点。

3.2垃圾回收流程

1. 垃圾分类

首先我们的 jvm 在进行垃圾回收的过程，需要确定哪些对象是垃圾对象，哪些对象是存活对象。

一般有三种常用算法可以将对象分类：

        1.引用计数法：

        引用计数法（Reference Counting）是一种内存管理技术，用于跟踪对象的引用数量。每个对象都有一个引用计数器，记录着指向该对象的引用数量。当一个对象被引用时，引用计数器加一；当一个引用被释放时，引用计数器减一。当引用计数器为零时，表示没有任何引用指向该对象，该对象可以被释放，回收其占用的内存。

        2.可达性分析法：

        可达性分析算法是JVM垃圾回收中的一种算法，它通过分析对象的引用关系，判断对象是否可达，从而决定对象是否可以被回收。

        3.三色标记算法（并行环境）

        三色标记算法是一种用于垃圾回收的标记算法，通过将对象分为三种颜色（白色、灰色和黑色）来管理垃圾收集过程。它主要解决了在并发垃圾收集过程中如何正确标记存活对象的问题，避免了遗漏存活对象或错误标记对象的情况。

        3.对比

        引用计数法通过维护引用计数器来跟踪对象的引用数量，具有实时性好、简单高效等优点，但存在循环引用等问题；而可达性分析法则通过分析对象的引用关系来判断对象是否可达，从而决定对象是否可以被回收，具有准确性高、效率好等优点，是JVM中常用的垃圾回收算法之一。

 2.垃圾查找及垃圾清理

当程序运行时达到一定条件就会触发特定的垃圾回收算法，垃圾收集器会将所有的被标记过的不可达对象清理。

常用的垃圾回收算法：

1. 标记-清除算法

• 原理：垃圾收集器首先遍历对象图，标记所有可达的对象，然后清除未标记的对象。
• 优点：简单直接，不需要移动对象。
• 缺点：会产生内存碎片，可能导致大对象分配失败。

2. 标记-压缩算法

• 原理：在标记阶段标记所有可达的对象后，压缩阶段将存活的对象移动到内存的一端，整理出连续的可用内存空间。
• 优点：消除了内存碎片问题。
• 缺点：对象移动需要额外的时间和资源。

3. 复制算法

• 原理：将内存分为两个相等的区域，每次只使用其中一个。当这个区域使用完时，将存活的对象复制到另一个区域，然后清空当前区域。
• 优点：简单高效，没有内存碎片问题。
• 缺点：需要双倍的内存空间。

4. 分代收集算法

• 原理：根据对象的生命周期将堆内存划分为几代（通常是新生代和老年代），新生代使用复制算法，老年代使用标记-压缩或标记-清除算法。
• 优点：优化了垃圾收集性能，因为大部分对象在新生代被收集，减少了老年代的垃圾收集频率。
• 缺点：需要额外的内存管理和调优。

5. 分区算法

• 原理：将堆内存划分为多个小的独立区域（Region），每个区域可以独立进行垃圾收集。
• 优点：提高了内存管理的灵活性和效率，适用于大堆内存的应用。
• 缺点：实现较复杂，需要精细的内存管理。

6. 并行和并发收集算法

• 并行收集：垃圾收集过程由多个线程并行执行，提高了垃圾收集的效率。
• 并发收集：垃圾收集过程与应用线程并发执行，减少了应用停顿时间。

具体垃圾收集器使用的算法

• Serial GC：使用标记-压缩算法。
• Parallel GC：新生代使用复制算法，老年代使用标记-压缩算法。
• CMS GC：新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除算法，并发标记和清除。
• G1 GC：分区算法，结合标记-压缩和复制算法。
• ZGC：分区算法，使用染色指针和读屏障技术，实现并发标记和压缩。
• Shenandoah GC：分区算法，使用并发标记和并发压缩技术。