JVM-初级

参考：https://blog.csdn.net/yerenyuan_pku/article/details/103320757

一些常见面试题（全是理论）

• 谈谈你对 JVM 的理解？Java8 虚拟机和之前的变化

​

• 什么是 OOM，什么是栈溢出 StackOverflowError？怎么分析？

​ OOM，全称是 Out Of Memory，内存用完了。（JVM 没有足够的内存来为对象分配空间并且垃圾 回收器也没有空间可以回收了，就会抛出这个 error）

​ 原因 ：1）分配的少了（启动时 VM 参数可以指定虚拟机本身可使用的内存大小）

​ 2）应用用的太多了（会造成内存泄露和内存溢出）

​ 最常见的 OOM 情况 ：

​ 1）堆内存溢出

​ 2）方法区溢出

​ 3）StackOverflowError 栈溢出

​ 分析 —heapdump

​ dump 堆的内存镜像，可以采用两种方式：

​ 1. 设置 JVM 参数 HeapDumpOnOutOfMemoryError

​ 2. 使用 JDK 自带的 jamp 命令 "jmap -dump:format=b,file=heap.bin " 其中 pid 可 以通过 jps 获取。

​ dump 堆的内存镜像，使用工具分析：mat、jhat

​ 详细解释：https://www.cnblogs.com/ThinkVenus/p/6805495.html

• JVM 的常用调优参数有哪些？
• 内存快照如何抓取，怎么分析 Dump 文件？
• 谈谈 JVM 中类加载器你的认识？

一些概念理解

# 1.JVM 的位置

# 2.JVM 的体系结构

# 3. 类加载器

作用：加载 class 文件，

类是模板，对象是具体的

具体对象放在堆里，对象引用放在栈里，存在的是对象的地址

getClass()

getClassLoader()

1. 类加载器收到类加载器的请求

2. 将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器

3. 启动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，抛出异常，通知子加载器加载

4. 重复步骤 3

Class Not Found~

null:Java 调用不到，

Java：c+±- 去掉的繁琐部分，如指针、内存管理

类装载器（ClassLoader）负责加载 class 文件，class 文件在文件开头有特定的文件标示，ClassLoader 只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。

jvm 虚拟机自带的类加载器有四种：

1. 启动类加载器（Bootstrap）：c++ 编写

2. 扩展类加载器（Extension）：Java 编写

3. 应用程序类加载器（AppClassLoader）：或者叫系统类加载器，用于加载当前应用 classpath 下的所有类

4. 用户自定义加载类：Java.lang.ClassLoader 的子类，用户可以定制类的加载方式

双亲委派，向上委托 4321

# 4. 双亲委派机制

类加载的时候的一个安全机制，为了保证安全

app（当前应用程序）->exc (扩展)->boot

如上图所示，自顶向下加载，保证代码安全，防止恶意代码对源代码的修改。

# 5. 沙箱安全机制

详细说明参考：https://www.cnblogs.com/MyStringIsNotNull/p/8268351.html

就是说你写了一个 Java 程序，默认情况你是可以任务访问这台机器的任何资源的。但是你把程序部署到正式的服务器上的时候，要保证你的程序不会对这个服务器有伤害，访问一些不该访问的资源。

消除安全隐患，有两种办法：

1. 让你的程序在一个限定权限的账号下运行

2. 利用 Java 的 沙箱机制 来限定程序不为非作歹。

沙箱（sandbox）是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将 Java 代码限定在虚拟机特性的运行范围，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。

组成沙箱的基本 组件 ：字节码校验器、类装载器、存取控制器、安全管理器、安全软件包

沙箱包含的 要素 ：权限、代码源、保护域、策略文件、密钥库

# 6.Native

加个 native 关键字，说明 Java 的作用范围达不到了，会去调用底层 C 语言的库

会进入本地方法栈，调用本地方法接口，即 JNI

JNI 的作用：扩展 Java 的使用，融合不同的编程语言为 Java 使用！最初：C、C++

Java 诞生的时候：C、C 横行，想要立足，必须要调用 C、c

在 Execution 执行的时候，加载本地方法库

它再内存区域中专门开辟了一块标记区域，Native Method Stack 本地方法栈 ，限定只标记了 native 的方法才能塞进去。塞进去的方法但凡想要被执行，只能求助于操作系统，然后调用 本地方法接口 （操作系统的），调用本地方法接口时还需要 本地方法库 （类似于 jar 包，即 dll 动态连接库）的支持，最后，本地方法想要运行，还得把这个方法先做一个 入栈 的操作。

目前这个方法使用的越来越少了，除非是跟硬件相关的应用，比如通过 Java 程序驱动打印机或者 Java 系统管理生产设备，在企业级应用中少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以 Socket 通信，也可以使用 WebService 等。

# 7.PC 寄存器

每个线程都有一个程序计数器，线程私有，它是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址，即即将要执行的指令）由执行引擎读取下一条指令。

pc 寄存器（程序计数器）不是用来做存储的，是用来做计算的。

# 8. 方法区

方法区是被所有线程 共享 的，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数、接口代码等也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间。
类加载器把.class 文件读到内存里面变成 Class（元数据模板）之后，变成的 Class（元数据模板）就存放在方法区里面，相应地，所有的 Class（元数据模板）包含的信息都会放进去，包含的信息如下图所示。

静态变量、常量、类信息（构造函数、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，与方法区无关。

static、final、Class 模板、常量池

# 9. 栈

一种数据结构，先进后出、后进先出

程序 = 数据结构 + 算法：持续学习

码农 = 框架 + 业务逻辑：吃饭

为什么 main 方法先执行，最后结束？

就是使用了栈

栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步

线程结束，栈内存也就释放了，对于栈来说，不存在垃圾回收问题

一旦线程结束，栈就 over 了

其中，8 种基本类型的变量 + 对象的引用变量 + 实例方法都是在函数的栈内存中分配的。

栈运行原理：栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存块，是一个数据集，也是一个有关方法和运行期的数据集。当一个方法被调用时会产生一个栈帧。

更加详细的栈内的内存结构如下：

反正就是说，每执行一个方法都会产生一个栈帧，保存到栈的顶部，顶部栈就是当前的方法，该方法执行完毕后会自动将此栈帧出栈，这个栈帧被弹出栈的时候就证明这个方法执行完毕了。

栈满了：StackOverError

# 10. 三种 JVM

• Sun 公司 HotSpot 命令行可以查

  C:\Users\Lenovo>java -version
  java version “1.8.0_202”
  Java™ SE Runtime Environment (build 1.8.0_202-b08)
  Java HotSpot™ 64-Bit Server VM (build 25.202-b08, mixed mode)

• BEA 公司 JRockit 最快，适合财务那些业务，很少用

• IBM 平台 j9 VM

# 11. 堆

heap，一个 jvm 只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的

类加载器读取了类文件后，一般会把什么东西放在堆中？类，方法，常变量～，保存我们所有引用类型的真实对象

堆内存还要细分为三个区：

• 新生区（伊甸园、幸存区（过度到养老区））

• 养老区：一般不会被干掉

• 永久区

  1.8 之后永久区用元空间代替了

GC 垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区

假设内存满，OOM，堆内存不够 OutOfMemoryError

# 12. 新生区、老年区

• 新生区：

  类诞生和成长，甚至死亡的地方

  伊甸园区：所有的对象都是在伊甸园区 new 出来

  幸存区（0、1）：

真相：经过研究，99% 的对象都是临时对象！

这个图一目了然

# 13. 永久区

这个区域常驻内存的，用来存放 JDK 自身携带的 class 对象。Interface 元数据，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，关闭虚拟就会释放这个区域的内存

jdk1.6 之前：永久代，常量池是在方法区

jdk1.7：永久代，但是慢慢退化了，去永久化，常量池在堆中

jdk1.8：无永久代，常量池在元空间

方法区在元空间里，即堆里，也叫非堆（方法区相当于一个接口，而元空间时它的一个实现）

方法区里有一个小空间是常量池

方法区的实现：永久区、元空间

# 14 堆内存调优

参考链接：https://blog.csdn.net/yerenyuan_pku/article/details/103327463?spm=1001.2014.3001.5502

Java8 堆内存的分布情况：

要多堆内存进行调优，必然要接触到以下三个参数：

使用：在调节 VM 参数的窗口设置：-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

在控制台打印相关信息

​ 所以这里设置的内存大小只包括新生区和养老区的总和大小，即调整的是物理上的堆内存大小。

当出现 OOM 内存不足的时候如果查看信息和分析信息呢？

前面面试题第二题其实也说过了，下面放一些示例的图片：

设置把堆内存镜像 dump 出：使用 JVM 参数

使用 mat 工具分析 dump 文件：（是 eclipse 的工具，可以在上面安装即可）

上面生成的 dump 文件是默认存储在工程的根目录下，用 - XX:HeapDumpPath=目录 这个参数可以修改 dump 文件的位置

这样就可以在 D 盘看到这个 dump 文件了

如果使用的不用 eclipse 工具，也可以使用 jdk 自带的 jvisualvm.exe 工具来解析 dump 文件，在安装路径的 bin 目录下，直接双击这个程序，打开对应的 dump 文件就可以了。

# 15.GC 常用方法

参考链接：https://blog.csdn.net/yerenyuan_pku/article/details/103387312?spm=1001.2014.3001.5502

• 什么是 GC？就是分代收集算法。

• GC 的作用域？

  GC 按照回收的区域分为普通 GC 也叫 轻量级GC (Minor GC)，一种是全局 GC 也叫 重量级GC (Major GC or Full GC)

• GC 的四大算法

  引用计数法： 在程序 new 一个对象出来的时候，我们给他一个计数器，有人引用这个对象的时候，这个计数器就自增 1，引用取消的时候减 1，当计数器为 0 的时候就 JVM 就可以把他回收掉了。

  已经淘汰了！

​ 复制算法 （Copying）: 更详细的讲解可以看链接啦。

​ 就是说 new 对象放在伊甸园区，

​ 然后再第一次进行垃圾回收的时候勒，就将存活下来的对象 copy 到幸存 0 区，

​ 然后第二次将存活的对象（包括伊甸园和幸存 0 区）copy 到幸存 1 区，清空幸存 0 区了；

​ 然后继续第三次的时候将伊甸园和 1 区的对象 copy 到 0 区，这样反复。

​ 到 15 次（默认，可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置）还活下来的话就复制到老年区

​ 标记清除算法 在内存用满的时候，GC 线程触发把程序暂停，然后堆内存遍历两次，第一次标记 被引用的对象，要存活下来，第二次清除没被标记的对象。

​ 但是这时候内存的碎片的。

​ 标记压缩算法 老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。

​ 标记清除压缩算法 就是上面两种算法的结合，先用多次的标记清除，然后这时候内存空间已经千疮百孔了，到处都是内存碎片，然后这时候统一用一次标记压缩就好了。

• 三种算法总结：

基于上面的考虑，老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记压缩的混合实现。以 HotSpot 中的 CMS 回收器为例（只限于 Java8），CMS 是基于 Mark-Sweep 实现的，对于对象的回收效率很高，而对于碎片问题，CMS 采用基于 Mark-Compact 算法的 Serial Old 回收器做为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的 Concurrent Mode Failure 时），将采用 Serial Old 执行 Full GC 以达到对老年代内存的整理。

# 16.JMM

参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/258393139

温馨提醒一下，这里有些人会把 Java 内存模型误解为 Java 内存结构，然后答到堆，栈，GC 垃圾回收，最后和面试官想问的问题相差甚远。实际上一般问到 Java 内存模型都是想问多线程，Java 并发相关的问题。

如果面试的话，重点是 Java 内存模型 (JMM) 的 工作方式 ， 三大特征 ，还有 volatile 关键字。为什么喜欢问 volatile 关键字呢，因为 volatile 关键字可以扯出很多东西，比如可见性，有序性，还有内存屏障等等。

全称 Java Memory Model，JMM，Java 内存模型，它不仅仅是 JVM 内存分区。

那这个 JMM 到底是什么东东啊？

用来干嘛的？

因为硬件生产商和操作系统的不同，内存的访问就有一定的差异，为了避免相同的代码在不同的系统下运行出现各种问题，Java 内存模型（JMM）就屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，实现让 Java 在不同的平台下都有相同的并发效果。

工作方式 ：

Java 内存模型规定所有的变量都存储在主内存中，包括实例变量，静态变量，但是不包括局部变量和方法参数。每个线程都有自己的工作内存，线程的工作内存保存了该线程用到的变量和主内存的副本拷贝，线程对变量的操作都在工作内存中进行。线程不能直接读写主内存中的变量。

不同的线程之间也无法访问对方工作内存中的变量。线程之间变量值的传递均需要通过主内存来完成。

每个线程的工作内存都是独立的，线程操作数据只能在工作内存中进行，然后刷回到主存。这是 Java 内存模型定义的线程基本工作方式。

三个特征 ：原子性、可见性、有序性

​ 原子性（synchronized）

​ 可见性（volatile、synchronized、final）

​ 有序性（volatile、synchronized）

八大内存交互操作 ：

volatile :

​ 1. 保证线程间变量的可见性

​ 2. 禁止 CPU 进行指令重排序

# 17 总结

1. 百度

2. 思维导图

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