目錄

前言

JVM簡介

JVM內存區(qū)域劃分

JVM的類加載機制

1.加載

雙親委派模型

2.驗證

驗證選項

3.準備

4.解析

5.初始化

觸發(fā)類加載

JVM的垃圾回收策略 GC

一：找? ? ?誰是垃圾?

1.引用計數

2.可達性分析? （這個方案是Java采取的方案）。

二：釋放垃圾對象

三種典型的策略

JVM實現思路

前言

我們在學習JVM的時候，其實里面的內容是非常之多的，但是里面的大部分內容都是屬于八股，想要徹底搞明白，就需要看大量的關于JVM的源代碼，JVM的源代碼是C++寫的。想要深入研究的可以去看看《深入理解Java虛擬機》這本書。

這篇文章主要針對JVM中的常見的面試題來展開。

JVM簡介

JVM 是 Java Virtual Machine 的簡稱，意為 Java虛擬機。
虛擬機是指通過軟件模擬的具有完整硬件功能的、運行在一個完全隔離的環(huán)境中的完整計算機系統。
常見的虛擬機：JVM、VMwave、Virtual Box。
JVM 和其他兩個虛擬機的區(qū)別：

1. VMwave與VirtualBox是通過軟件模擬物理CPU的指令集，物理系統中會有很多的寄存器；
2. JVM則是通過軟件模擬Java字節(jié)碼的指令集，JVM中只是主要保留了PC寄存器，其他的寄存器都進行了裁剪。

JVM 是一臺被定制過的現實當中不存在的計算機。

JVM內存區(qū)域劃分

JVM其實就是一個Java進程，Java進程也就是JVM會從操作系統這里申請一大塊內存空間，給Java代碼來使用。

JVM從操作系統申請的這塊內存空間中，進行進一步的劃分，給出了每塊劃分后的空間的不同用途。

其中，最核心的就是棧、堆、元數據區(qū)（方法區(qū)）。

• 虛擬機棧是給Java代碼來使用的，主要存放一些局部變量，還有維護方法之間的調用關系。
• 本地方法棧則是給JVM內部的本地方法來使用的。
• 堆上存放的就是new出來的對象、成員變量。
• 程序計數器中存放的就是一個內存地址，這個內存地址就是下一個要執(zhí)行字節(jié)碼所在的地址，作用就是記錄當前程序執(zhí)行到那個指令了。

需要注意的是，堆和元數據區(qū)，在一個JVM 中只存在一份，也就是多個線程共享堆區(qū)和元數據區(qū)。

棧(本地方法棧和虛擬機棧)和程序計數器則是存在多份的，也就是每個線程都會有一份。

JVM的線程操作和操作系統的線程操作是一對一的關系。也就是說每次在Java代碼中創(chuàng)建的線程都會在操作系統中有一個線程與之對應。

這里的面試題主要就是判斷某個變量或者對象在JVM的那個區(qū)域？

例如下面代碼：

void func() {
    Test t1 = new Test();
}

上述代碼在一個方法里面我們實例化了一個Test對象。

?func方法是在元數據區(qū)以一些二進制的指令來存儲的。

我們可以看到t1變量是一個在方法里面定義的，所以他是一個局部變量，局部變量就存儲在棧上。

而new Test(); 這個對象的本體則是在堆上的。

其實像這里的關于JVM區(qū)域的面試題，我們只需要知道JVM的每個區(qū)域都是存儲什么東西的就好了。

• 虛擬機棧是給Java代碼來使用的，主要存放一些局部變量，還有維護方法之間的調用關系。
• 本地方法棧則是給JVM內部的本地方法來使用的。
• 堆上存放的就是new出來的對象、成員變量。
• 程序計數器中存放的就是一個內存地址，這個內存地址就是下一個要執(zhí)行字節(jié)碼所在的地址，作用就是記錄當前程序執(zhí)行到那個指令了。

JVM的類加載機制

對與一個類來說，他的生命周期是這樣的：

?前面的5步也是類加載的過程和固定的順序。我們主要研究前面的5步。

類加載具體就是把一個.class文件，也就是類編譯后的文件，加載到內存中，得到了類對象這樣的過程就稱之為類加載。

一個程序想要運行，就需要把指令和數據加載到內存中。類加載就是做的這個事情。

下面是類加載的5個步驟：

1.加載

這里的加載過程其實簡單，就是找到.class文件，然后讀取文件的內容。

但是在找.class文件的這個過程中，會有一個非常重要的機制：雙親委派模型

雙親委派模型

在JVM中，加載類需要用到一組特殊的模塊：類加載器。

在JVM中，內置了三個類加載器。

• BootStrap ClassLoader? ? 負責加載Java標準庫中的類
• Extension ClassLoader? ? ?負責加載一些非標準的但是是Sun/Oracle擴展庫的類
• Application ClassLoader? ? 負責加載項目中自己寫的類、以及第三方庫中的類

當具體加載一個類的時候，他的過程是這樣的：

需要先給定一個類的全限定類名，"java.lang.String"? 這個類名是一個字符串的形式。

如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應該傳送到最頂層BootStrap ClassLoader類加載器中，只有當父加載器反饋自己無法完成這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去完成加載。

具體可以參考下圖：

2.驗證

由于.class文件有著明確的數據格式（二進制的），這一階段的主要目的就是確保Class文件中的字節(jié)流中包含的信息符合《Java虛擬機規(guī)范》的全部約束要求。

驗證選項

文件格式驗證

字節(jié)碼驗證

符號引用驗證……

3.準備

準備階段是正式為類中定義的變量（即靜態(tài)變量，被static修飾的變量）分配內存并設置類變量初始值的階段。

比如下面這樣的代碼：

public static int value = 123;

此時在準備階段value的值并不是123，而是0。
?

4.解析

解析階段是Java虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程，也就是初始化常量的過程。

• 符號引用：就是字符串常量在.class文件已經存在，但是他們只知道彼此之間的相對位置，并不知道自己在內存中的具體位置。
• 直接引用：真正的加載到內存中，就會把字符串常量填充到內存中的特定地址上去。此時字符串引用的就是直接引用，（也就是Java中普通的引用）。

5.初始化

在初始化階段，JVM才真正的執(zhí)行類中編寫的Java代碼，將主導權交給應用程序，初始化階段就是執(zhí)行類的構造方法的過程。（類要是有父類，就需要先初始化父類，在初始化子類）。

觸發(fā)類加載

注意：類加載這個動作不是說JVM一啟動就會進行加載，因為JVM整體是一個懶加載的策略，也就是非必要，不加載。

以下三種請況就會加載：

1. 創(chuàng)建了這個類的實例
2. 使用了這個類的靜態(tài)方法/靜態(tài)屬性
3. 使用子類，會觸發(fā)父類的加載

JVM的垃圾回收策略 GC

Java中的垃圾回收是為了幫助我們自動釋放內存的一種機制。

面試題：為什么需要垃圾回收機制

因為在程序運行過程中，會向操作系統申請大量的內存空間，但是這些空間也有可能會消耗盡，因為不斷地分配內存空間而不進行回收，就好像不停地生產生活垃圾而從來不打掃一樣。

上面我們談到了關于JVM的幾個區(qū)域，那么垃圾回收釋放的是那個區(qū)域的空間呢？

需要注意的是，棧和程序計數器是每個線程都會有一份的。他們會隨著線程的銷毀而一起銷毀的。

而元數據區(qū)里面的存儲的類對象，很少會進行銷毀。

所以我們釋放的就是堆中的空間。上面我們談到堆中主要就是存放new 出來的對象的。

GC也就是以對象為單位進行釋放的。（釋放對象）

GC中主要分為兩個階段：

一：找? ? ?誰是垃圾?

Java通過引用來判斷是否是垃圾對象，如果沒有引用指向，就判定這個對象是垃圾。

1.引用計數

給對象安排一個額外的空間，保存了一個整數，表示該對象有幾個引用指向它。Java實際上并沒有采取這樣的方案，（Python、PHP采用了這個方案）。

Test t1 = new Test();

?此時是有一個引用指向的，所以引用計數器為1。

如果代碼變成這樣：

Test t1 = new Test();
Test t2 = t1;

?也就是說隨著引用的增加，計數器就會增加，引用的銷毀，計數器就會減少。

當計數器為0時，就會認為該對象沒有引用指向了，就是垃圾了。

但是缺點也是很明顯：

1. 浪費內存空間
2. 存在循壞引用的情況

2.可達性分析? （這個方案是Java采取的方案）。

把對象之間的引用關系理解成為了一個樹形結構，從一些特殊的起點出發(fā)，進行遍歷，只要能訪問到，是可達的，不是垃圾，再把不可達的當做垃圾即可。

?此時通過root這個引用是可以訪問到整個樹的任意節(jié)點的。

可達性分析的關鍵要點在于要進行上述的遍歷，需要有起點的。

起點可以是：

1. 棧上的局部變量（每個棧的每個局部變量都是起點）
2. 常量池中引用的對象
3. 方法區(qū)中靜態(tài)成員引用的對象

可達性分析，總體就是從所有的起點出發(fā)，看看該對象里面又通過哪些引用能訪問到那些對象，順藤摸瓜的把所有可以訪問的對象都訪問一遍，遍歷的同時把對象標記為“可達”。

可達性分析，克服了引用計數的兩個缺點

但是也是有自己的問題：

• 消耗更多的時間 因此即使某個對象成了垃圾，也不能第一時間發(fā)現，因為在掃描的過程中，也是需要時間的。
• 在進行可達性分析的時候，要順藤摸瓜，一旦這個過程中，當前代碼中的對象的引用關系發(fā)生了變化，就可以出現bug。

因此為了更好的完成這個順藤摸瓜的過程，就需要讓其他的業(yè)務線程都暫停工作?。。。⊿TW）

(STW)? ?stop the world !

但是Java畢竟發(fā)展了這么多年，拉進回收這里也是在不斷的進行優(yōu)化，STW這個問題也可以比較好的對付了。

二：釋放垃圾對象

三種典型的策略

1：標記清除

?如果現在向內存申請了一塊下面這樣的空間，然后我標出來的就是垃圾對象，需要清除的。

?這種策略就是直接把垃圾對象的內存就釋放了。

但是這種簡單粗暴的方式會產生內存碎片。

內存碎片：申請空間都是連續(xù)的整塊空間，現在上述圖中的空閑空間都是散落在獨立的空間里面的。現在空閑總空間可能超過1G，但是我想申請500M，卻是申請不了。

2：復制算法

這種方法是把空間分為兩部分。一次只使用一半。

復制算法就是把不是垃圾的對象拷貝到一邊去，然后在統一釋放整個區(qū)域。

?此時我要釋放的是2和4，我就需要把剩下1和3復制到另一邊去。然后再把這邊全部釋放。

?復制算法解決了內存碎片的問題，但是也有缺點：

• 內存利用率比較低
• 如果大部分對象都是保留的，垃圾很少，此時的復制成本就比較高

3：標記整理

類似于順序表刪除中間元素，有一個搬運的過程

?解決了內存碎片問題但是搬運的整體開銷也是比較大的。

JVM實現思路

實際上，JVM的實現方式是結合了上述幾種思想之后的方法。

分代回收思想

具體細節(jié)：

• 給對象設置年齡這樣的概念，用來描述這個對象存在多久了。如果一個對象剛誕生，那么就是0歲。
• 每次進過一次掃描（可達性分析）如果沒有被標記為垃圾對象，這是對象年齡就增加一歲。
• 通過年齡來區(qū)分這個對象的活動時間。

經驗規(guī)律：年齡越大的對象，也將會持續(xù)存在更長的時間。

針對不同的年齡來采取不同的回收策略

JVM針對這幾個區(qū)域來執(zhí)行不同的策略。

1：新創(chuàng)建的對象，放在伊甸區(qū)

垃圾回收掃描到伊甸區(qū)之后，大多數的對象將會在第一輪掃描下被GC給淘汰掉。

2：如果伊甸區(qū)的對象，熬過第一輪GC，就會通過復制算法，拷貝到生存區(qū)。

生存區(qū)分為兩半（大小相等），一次只使用其中的一半。

如果GC在掃描生存區(qū)的時候，發(fā)現垃圾對象也就淘汰，不是垃圾的，就通過復制算法拷貝到生存區(qū)的另一邊。

3：當對象在生存區(qū)熬過了若干次GC的時候，年齡也變大了。此時就會通過復制算法拷貝到老年代。

4：進入老年代之后，由于年齡都比較大了，被標記為垃圾對象的概念也很小，所以針對老年代的GC掃描也會降低頻率。

特殊情況：如果對象非常大，直接進入老年代（大對象進行復制算法，成本非常高，而且大對象也不會很多）。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-562850.html

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