JVM基础，面试常见问题

虚拟机栈：每个 Java 方法在执行的同时，会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息；方法的调用过程，就是一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程；
本地方法栈：和虚拟机栈很类似，区别在于虚拟机栈为 Java 方法服务，本地方法栈为 Native 方法服务；其中 Native 方法可以看做用其它语言（C、C++ 或汇编语言等）编写的方法；

（2）程序计数器

一个 CPU 在某个时间点，只能做一件事情，在多线程的情况下，CPU 运行时间被划分成若干个时间片，分配给各个线程执行；

程序计数器的作用就是记录当前线程执行的位置，当线程被切换回来的时候，能够找到该线程上次运行到哪儿了；所以程序计数器一定是线程隔离的。

2.线程共享

（1）方法区

方法区用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即编译器编译后的代码等。

还有要注意的一点：方法区是 JVM 的规范，在 JDK 1.8 之前，方法区的实现是永久代；从 JDK 1.8 开始 JVM 移除了永久代，使用本地内存来存储元数据并称之为：元空间（Metaspace）。

（2）堆

对于堆栈的区别总结一句话：堆中存对象，栈中存基本数据类型和堆中对象的引用；一个对象的大小是可以动态变化的，而引用是固定大小的。

这么看就容易理解堆为什么是线程公有的了，省地儿啊

二.内存如何分配

1.指针碰撞法

适用于堆内存完整的情况，已分配的内存和空闲内存分表在不同的一侧，通过一个指针指向分界点，当需要分配内存时，把指针往空闲的一端移动与对象大小相等的距离即可，用于Serial和ParNew等不会产生内存碎片的垃圾收集器。

2.空闲列表法

适用于堆内存不完整的情况，已分配的内存和空闲内存相互交错，JVM通过维护一张内存列表记录可用的内存块信息，当分配内存时，从列表中找到一个足够大的内存块分配给对象实例，并更新列表上的记录，最常见的使用此方案的垃圾收集器就是CMS。

3.TLAB

三.对象在内存中的组成

1.对象头

（1）markword

记录了该对象锁相关的信息、分代年龄、hashCode，在32位JVM中占32bit，在64位JVM中占64bit

（2）指向类型的指针

指向方法区对应class信息的指针，在32位JVM中占32bit，在64位JVM中占64bit(开启指针压缩的情况下占32bit)

（3）如果是数组-》数组长度

如果是数组的话,组成中会包含数组长度，32bit

2.实例数据

类的实例信息

3.对齐填充

JVM要求Java对象的大小应该是8bit的倍数，这部分就是将对象大小补充为8bit的倍数

四.如何访问对象

1.句柄

使用句柄访问对象，Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

2.直接指针

使用直接指针访问，Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。（Sun HotSport VM的使用方式）

五.先判生死

1.引用计数法

引用计算器判断对象是否存活的算法是这样的：给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象的时候，计数器就加1，与之相反，每当引用失效的时候就减1。

**优点：**实现简单、性能高。

**缺点：**增减处理频繁消耗cpu计算、计数器占用很多位浪费空间、最重要的缺点是无法解决循环引用的问题。

因为引用计数器算法很难解决循环引用的问题，所以主流的Java虚拟机都没有使用引用计数器算法来管理内存。

2.可达性分析

在主流的语言的主流实现中，比如Java、C#、甚至是古老的Lisp都是使用的可达性分析算法来判断对象是否存活的。

这个算法的核心思路就是通过一些列的"GC Roots"对象作为起始点，从这些对象开始往下搜索，搜索所经过的路径称之为"引用链"。

当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候，证明此对象是可以被回收的。如下图所示：

六.再谈引用

1.强引用

在代码中普遍存在的，类似"Object obj = new Object()"这类引用，只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

2.软引用

是一种相对强引用弱化一些的引用，可以让对象豁免一些垃圾收集，只有当jvm认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。jvm会确保在抛出OutOfMemoryError之前，清理软引用指向的对象。

3.弱引用

非必需对象，但它的强度比软引用更弱，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。

4.虚引用

也称为幽灵引用或幻影引用，是最弱的一种引用关系，无法通过虚引用来获取一个对象实例，为对象设置虚引用的目的只有一个，就是当着个对象被收集器回收时收到一条系统通知。

七.垃圾收集算法

1.清除

标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。

该算法分为两个阶段，标记和清除。标记阶段标记所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。该算法最大的问题就是内存碎片严重化，后续可能发生对象不能找到利用空间的问题。

2.复制

为了解决Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出来。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。具体过程如下图所示：

3.整理

为了解决Copying算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了Mark-Compact算法。该算法标记阶段和Mark-Sweep一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。具体过程如下图所示：

八.垃圾收集器

1.cms

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，基于并发"标记清理"实现,在标记清理过程中不会导致用户线程无法定位引用对象。仅作用于老年代收集。它的步骤如下：

初始标记（CMS initial mark）：独占CPU，stop-the-world, 仅标记GCroots能直接关联的对象,速度比较快；
并发标记（CMS concurrent mark）:可以和用户线程并发执行，通过GCRoots Tracing 标记所有可达对象；
重新标记（CMS remark）：独占CPU，stop-the-world, 对并发标记阶段用户线程运行产生的垃圾对象进行标记修正,以及更新逃逸对象；
并发清理（CMS concurrent sweep）：可以和用户线程并发执行，清理在重复标记中被标记为可回收的对象。

2.g1

G1收集器的内存结构完全区别去CMS，弱化了CMS原有的分代模型（分代可以是不连续的空间），将堆内存划分成一个个Region（1MB~32MB, 默认2048个分区）,这么做的目的是在进行收集时不必在全堆范围内进行。它主要特点在于达到可控的停顿时间，用户可以指定收集操作在多长时间内完成，即G1提供了接近实时的收集特性。它的步骤如下：

初始标记（Initial Marking）：标记一下GC Roots能直接关联到的对象，伴随着一次普通的Young GC发生，并修改NTAMS（Next Top at Mark Start）的值，让下一阶段用户程序并发运行时，能在正确可用的Region中创建新对象，此阶段是stop-the-world操作。
根区间扫描，标记所有幸存者区间的对象引用，扫描 Survivor到老年代的引用，该阶段必须在下一次Young GC 发生前结束。
并发标记（Concurrent Marking）：是从GC Roots开始堆中对象进行可达性分析，找出存活的对象，这阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行，该阶段可以被Young GC中断。
最终标记（Final Marking）：是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录，虚拟机将这段时间对象变化记录在线程Remembered Set Logs里面，最终标记阶段需要把Remembered Set Logs的数据合并到Remembered Set中，此阶段是stop-the-world操作，使用snapshot-at-the-beginning (SATB) 算法。
筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）：首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划,回收没有存活对象的Region并加入可用Region队列。这个阶段也可以做到与用户程序一起并发执行，但是因为只回收一部分Region，时间是用户可控制的，而且停顿用户线程将大幅提高收集效率。

九.内存分配的策略

1.对象优先在Eden区分配

2.大对象直接进入老年代

JVM中有这样一个参数 -XX: PretenureSizeThreshold ，指定大于该设置值的对象直接在老年代分配，这样做的目的就是避免在Eden区以及2个Survivor区之间来回复制，产生大量的内存复制操作

3.长期存活的对象将进入老年代

对象通常在Eden区诞生，如果经过第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，该对象会被移动到Survivor中，并且将其对象设为1岁，对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加一岁，当它的年龄增加到一定程度（默认15），就会被晋升到老年代中，对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold设置

4.动态对象年龄判定

HotSpot虚拟机并不是永远要求对象的年龄必须达到-XX:MaxTenuringThreshold才能晋升老年代，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代

5.空间分配担保

十.类加载流程

1.加载

加载阶段，简言之，查找并加载类的二进制数据，生成 Class 的实例

在加载类时，Java 虚拟机必须完成以下3件事情：

通过类的全名，获取类的二进制数据流
解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构(Java 类模型)
创建 java.lang.Class 类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口

2.链接

（1）校验

当类加载到系统后，就开始链接操作，验证是链接操作的第一步

它的目的是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的

（2）准备

准备阶段(Preparation)，简言之，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

当一个类验证通过时，虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段，虚拟机就会为这个类分配相应的内存空间，并设置默认初始值。

（3）解析

在准备阶段(Resolution)，简言之，将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用

3.初始化

类的初始化是类装载的最后一个阶段。如果前面的步骤都没有问题，那么表示类可以顺利装载到系统中。此时，类才会开始执行 Java 字节码。(即：到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码)

4.使用

任何一个类型在使用之前都必须经历过完整的加载、链接和初始化3个类加载步骤。一旦一个类型成功经历过这3个步骤之后，便"万事俱备，只欠东风"，就等着开发者使用了

开发人员可以在程序中访问和调用它的静态类成员信息(比如：静态字段、静态方法)，或者使用 new 关键字为其创建对象实例

5.卸载

当 Sample 类被加载、链接和初始化后，它的生命周期就开始了。当代表 Sample 类的 Class 对象不再被引用，即不可触及时，Class 对象就会结束生命周期，Sample 类在方法区内的数据也会被卸载，从而结束 Sample 类的生命周期

一个类何时结束生命周期，取决于代表它的 Class 对象何时结束生命周期

十一.双亲委派机制

1.作用

JVM为什么会抛出ClassNotFund异常？在抛出这个异常的时候JVM的类加载器做了什么工作？

Java程序在执行的过程中，是先执行父类还是先执行子类。如果加载父类，那么父类还有父类呢，这个时候JVM还要怎么处理，

JVM是如何保证类加载的有序性和安全性？

2.流程

（1）向上委派（解决类加载有序和安全问题）

一个类在收到类加载请求后，不会自己加载这个类，而是把这个类加载请求向上委派给它的父类去完成，父类收到这个请求后又继续向上委派给自己的父类，以此类推，直到所有的请求委派到启动类加载器中。

（2）向下委派（保障所有类被加载）

当父类加载器在接收到类加载请求后，发现自己也无法加载这个类（这个情况通常是因为这个类的Class文件在父类的加载路径中不存在）这时父类会把这个信息反馈给子类，并向下委派子类加载器来加载这个类，直到这个请求被成功加载，但是一直到自定义加载器都没有找到，JVM就会抛出ClassNotFund异常。