面试总结之JVM入门

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📖前言：

本篇博客主要以总结面试中对JVM知识的考察点

🎀你为什么要学习JVM？

通过学习jvm，对程序的运行过程更加的了解，提高自己对编码的认识，扩展自己的知识储备，以提高编码规范。它也是中高级程序员必备的知识技能（项目管理、性能调优），先入门为以后铺路。

🎀JVM的作用

1.将.class字节码文件加载到内存中，负责存储数据
2.将字节码解释/编译成计算机能识别的机器码
3.垃圾回收

🎀JVM的构成（5大类）

• 类加载系统（将字节码文件加载到JVM中）
• 运行时数据区（虚拟机栈、堆、方法区、本地方法栈、程序计数器）
• 本地方法接口（负责调用操作系统提供的本地方法）
• 执行引擎（将字节码 解释/编译成机器码）
• 垃圾回收 （回收垃圾数据，释放内存空间）

🏨1.类加载系统

验证：不包含以final修饰的静态变量，因为会把它视为静态常量

🐕类什么时候会被加载？

• 在类中运行main()时
• 创建对象时
• 使用类中的静态变量
• 反射class.forName(“类地址”)
• 初始化子类。导致父类被加载

【注意:final修饰的是常量不会被加载】【 Car[] cars=new Car[10]; 这种情况也不会被加载 】

🐕类加载器的分类（具体加载类的执行者）

大致分为两大类：引导类加载器、其他类加载器（扩展类加载器、应用程序类加载器、用户自定义类加载器）

🐕双亲委派机制

当加载一个类的时候，会先让上一级类加载器去加载，直到找到引导类加载器，再向下到扩展类加载器中寻找是否可以加载此类，如果不可以，就再向下到应用程序类加载器中找，如果都找不到，就报异常
【好处】:避免了我们自己定义的子类覆盖了系统中的类，双亲委派机制会确保优先调用系统中的类。 eg: （自己定义一个String类，但仍然会调用系统中的String类，而不会调用自己定义的）

🪀如何打破双亲委派机制呢？

可以通过继承ClassLoader类，重写ClassLoader类中的findClass方法，实现自定义类加载。
也可以重写 loadClass 方法(是实现双亲委派逻辑的地方,修改他会破坏双亲委派机制, 不推荐)

eg: Tomcat服务器自定义类加载规则

🏨2.运行时数据区

🐕程序计数器

特点：内存空间小，jvm中运行速度最快的区域，线程私有的（生命周期同线程一样），不会有内存溢出问题，不会有垃圾回收。
作用：记录此线程正在执行的位置，以便线程切换后继续执行

🐕虚拟机栈

特点：线程私有的，存在内存溢出问题，不会有垃圾回收，用来执行方法，栈的基本单位是栈帧（一个栈帧就是一个方法）
栈帧的结构：（局部变量表、操作数栈、返回方法调用地址…）

🐕本地方法栈

特点：也是线程私有的，存在内存溢出问题，不会有垃圾回收，用来执行本地方法（就是操作系统提供的方法），修饰的关键字是 native,没有方法体。它使用C语言写的。

eg:
Object类中的hashCode() 、clone() 、getClass() 、notify() 、notifyAll()、wait() ；
Thread.start()中有一个start0()本地方法、
FileInputStream的read()方法中调用了read0()本地方法

🐕堆 （存储空间）

存放程序中产生的对象，线程共享，存在堆溢出，是垃圾回收的重点区域。
堆的大小可以调节。
堆区域划分：

新生代：
🍓伊甸园区：存放刚刚创建的对象
🍓幸存者1区：进行一次GC，存放伊甸园区以及另一个幸存者区存活的对象，清空这两个区域的垃圾
🍓幸存者2区：进行一次GC，存放伊甸园区以及另一个幸存者区存活的对象，清空这两个区域的垃圾

老年代：
存放超过进行15次垃圾回收仍然存活的对象或 大对象（list中有元素，List就是大对象），垃圾回收频率比新生代慢。（默认是15次，最大也是15次，在对象头中分代年龄占4个比特位，可以自己调节参数）

比例关系：【新生代 : 老年代=2 : 1】【伊甸园 : 幸存者1 : 幸存者2= 8 : 1 : 1】

🧸堆为什么要进行区域划分？（新生代、老年代）

根据对象存活的生命周期进行分区，调整不同区域垃圾回收频率，从而提高垃圾回收效率。还可以对不同区域采用不同的垃圾回收器、垃圾回收算法，对算法扬长避短。

🧸对不同区域垃圾回收的称呼

Minor GC ：新生代垃圾回收
Major GC ：老年代垃圾回收
Full GC ：整堆收集（触发条件：老年区满了 或 方法区满了）

🧸（堆空间参数设置）jvm调优

没有调过，它是根据程序运行的实际需要来进行参数设置，来调整各个区间的比例大小

🐕方法区

存储加载到虚拟机的类信息，方法区的大小可以调整参数，
方法区是线程共享的，会存在内存溢出，可以进行垃圾回收，但是条件非常苛刻： 1.该类实例全部回收 2.该类的类加载器已经回收 3.该类没有在任何地方被引用

🏨3.本地方法接口

本地方法是非java方法，是java调用外部环境的方法，
java提供一个接口，让java可以与其他应用进行交互。

🏨4.执行引擎

是jvm中将字节码 解释/编译为机器码的区域模块。
辨析:
前端编译： 将.java文件经过JDK中的javac编译成.class文件
后端编译：将.class文件经过JVM中的执行引擎编译成机器码

解释器：一行一行的执行代码。（效率低，但省去了编译时间） eg: 脚本语言html、python…
JIT编译器: （just in time）(及时编译器)将一段代码作为整体进行编译，将结果缓存起来，直接引用。（编译需要花费时间，执行效率高，适合“热点代码段”）
java采用的是半解释半编译的方式，可以先逐行解释执行，到“热点代码”时再对此编译执行并将结果缓存起来，两者结合使用，提高运行效率。

🏨5.垃圾回收

（【垃圾】没有被任何引用指向的对象成为“垃圾”，它们会占据内存空间）
（【内存溢出】内存满了，空间不足）
（【内存泄漏】我们已经不用的对象无法被垃圾回收，仍然占据着内存，导致内存空间越来越小，严重时可引发“内存溢出”）

🐕Stop the world

简称STW，指GC事件发生的过程中，会产生程序的停顿。（停顿产生时，整个应用程序都会暂停，像拍快照）。原因是GC需要先标记垃圾，为了保证数据一致性，以防出现错标、漏标垃圾的情况。

🐕垃圾回收的相关算法

🪀垃圾标记阶段

主要标记哪些对象是垃圾。

引用计数算法：统计每个对象被引用的次数，从而判断此对象是否是垃圾对象。（没有被使用）
(🎀缺点：
1.需要计数，增加空间开销 2.每次需要更新，增加时间开销。
3.无法处理循环引用问题(P->A->B->C->A,此时只有P是已知的，如果把P断开，ABC就形成了一个孤岛，导致“内存泄漏”)

可达性分析算法：（根搜索算法），有一组“根”对象为起始点，看其他对象是否可达，若不可达则被认为是垃圾对象。
🎀名词解释：
根：虚拟机栈中的引用对象、方法区中的静态变量、所有被synchronized持有的锁对象、java系统中的类
引用链：搜索的路径

🪀垃圾回收阶段

回收阶段目前在JVM中三种常见的算法：复制、清除、压缩

复制算法： 类比两块幸存者区，其中一块B是空的，将另一块A的存活的对象复制到B，把A清空，循环往复，内存碎片少

清除算法： 存活对象位置不变，用列表记录一下垃圾对象的位置，不会把它们清除掉，下次需要使用此内存空间时，直接覆盖掉。适用于老年区，但因为不移动对象，会产生内存碎片。

压缩算法： 将存活的对象重新排列到一端，将剩余区域直接清理。无内存碎片。效率低，适合老年区。

🐕finalize()方法

是Object类中提供的方法，对象垃圾回收前会自动调用此方法，并且finalize()方法只会被调用一次，重写finalize()可能复活对象（相当于复活甲），第二次被回收时不会调用finalize(),直接被回收。
为此定义虚拟机中对象三种状态：

可触及的 ：就是可达的，有引用指向的
可复活的 ：对象所有引用被释放，但是对象可能在finalize()中复活
不可触及的：对象的finalize()被调用，并没有复活

🐕垃圾回收器

真正进行垃圾回收的执行者。

🪀垃圾回收器的分类

按线程数分类：

🎇单线程： 适用于简单小型场景，只有一个线程进行垃圾回收，GC时，其他应用程序停止工作(STW)
🎇多线程：有多个线程进行垃圾回收

按工作模式分类：

🎇独占式：就是STW，当GC工作时，其他线程停止工作
🎇并发式：GC线程可以和其他用户线程同时工作

按年龄分代分类：

🎇新生代：
🎇老年代：

🪀CMS垃圾回收器 ( Concurrent Mark Sweep 并发标记清除 )

目标：追求低停顿 （首个实现垃圾回收线程与其他用户线程同时工作，但不是所有的都是并发执行的，也会有独占执行的时候）

CMS垃圾回收过程：
1.初始标记：STW 独占 会暂停其他用户线程
2.并发标记： 并发 会与其他用户线程同时工作
3.重新标记：STW 独占 会暂停其他用户线程
4.并发清除： 并发 会与其他用户线程同时工作

🪀G1垃圾回收器（Garbage First）

适合多核CPU、大内存大型项目 ，它将每个区域（伊甸园、幸存者1、…）又划分成了更小的区域，哪一个区域垃圾数量多，就优先回收哪一个区域，它可以做到整堆收集管理。当然它也可以做到并发执行。

🐒持续更新…