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1.JVM组成

1.JVM是什么

Java Virtual Machine Java程序的运行环境（java二进制字节码的运行环境）

好处：

• 一次编写，到处运行
• 自动内存管理，垃圾回收机制

2.JVM由哪些部分组成，运行流程是什么？

• ClassLoader（类加载器）
• Runtime Data Area（运行时数据区，即java内存）
• Execution Engine（执行引擎）
• Native Method Library（本地库接口）

运行流程：

（1）类加载器（ClassLoader）把Java代码转换为字节码

（2）运行时数据区（Runtime Data Area）把字节码加载到内存中，而字节码文件只是JVM的一套指令集规范，并不能直接交给底层系统去执行，而是有执行引擎运行

（3）执行引擎（Execution Engine）将字节码翻译为底层系统指令，再交由CPU执行去执行，此时需要调用其他语言的本地库接口（Native Method Library）来实现整个程序的功能。

垃圾回收器：用于对JVM中的垃圾内容进行回收

2.运行时数据区(JVM内存)

0.运行时数据区包含了哪几个部分？

运行时数据区包含了堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计数器这几部分，每个功能作用不一样

• 堆解决的是对象实例存储的问题，垃圾回收器管理的主要区域。
• 方法区可以认为是堆的一部分，用于存储已被虚拟机加载的信息，常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
• 栈解决的是程序运行的问题，栈里面存的是栈帧，栈帧里面存的是局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
• 本地方法栈与栈功能相同，本地方法栈执行的是本地方法，一个Java调用非Java代码的接口。
• **程序计数器（PC寄存器）**程序计数器中存放的是当前线程所执行的字节码的行数。JVM工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一个需要执行的字节码指令。

1.什么是程序计数器(线程私有)？

程序计数器：记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址（如果正在执行的是本地方法则为空）。

作用：

​ java虚拟机对于多线程是通过线程轮流切换并且分配线程执行时间。在任何的一个时间点上，一个处理器只会处理执行一个线程，如果当前被执行的这个线程它所分配的执行时间用完了【挂起】。处理器会切换到另外的一个线程上来进行执行。并且这个线程的执行时间用完了，接着处理器就会又来执行被挂起的这个线程。

​ 那么现在有一个问题就是，当前处理器如何能够知道，对于这个被挂起的线程，它上一次执行到了哪里？那么这时就需要从程序计数器中来回去到当前的这个线程他上一次执行的行号，然后接着继续向下执行。

​ 程序计数器是JVM规范中唯一一个没有规定出现OOM的区域，所以这个空间也不会进行GC。

2.Java堆(线程共享)

堆是线程共享的区域。主要用来保存对象实例，数组等，当堆中没有内存空间可分配给实例，也无法再扩展时，则抛出OutOfMemoryError异常。

在 JDK 7 版本及 JDK 7 版本之前，堆内存被通常分为下面三部分：

1. 新生代
2. 老生代
3. 永久代

JDK 8 版本之后 永久代已被 Metaspace(元空间) 取代，元空间使用的是本地内存。

讲一下新生代、老年代、永久代的区别？

新生代主要用来存放新生的对象。新生代又被进一步划分为 Eden区 和 Survivor区，Survivor 区由 From Survivor 和 To Survivor 组成

老年代主要存放应用中生命周期长的内存对象。

永久代指的是永久保存区域。主要存放Class和Meta（元数据）的信息。在Java8中，永久代已经被移除，取而代之的是一个称之为“元数据区”（元空间）的区域。元空间和永久代类似，不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存的限制。

3. 什么是虚拟机栈(线程私有)

主管 Java 程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧(Stack Frame），对应着一次次 Java 方法调用，是线程私有的，生命周期和线程一致。

特点：

• 每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈，先进后出
• 每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

1. 垃圾回收是否涉及栈内存？垃圾回收主要指就是堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放
2. 栈内存分配越大越好吗？未必，默认的栈内存通常为1024k栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半
3. 方法内的局部变量是否线程安全？如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

栈帧的内部结构？

1. 局部变量表（Local Variables）
2. 操作数栈（Operand Stack）(或称为表达式栈)
3. 动态链接（Dynamic Linking）：指向运行时常量池的方法引用
4. 方法返回地址（Return Address）：方法正常退出或异常退出的地址
5. 一些附加信息

4.本地方法栈（线程私有）

本地方法栈与 Java 虚拟机栈类似，它们之间的区别只不过是本地方法栈为本地方法服务。

本地方法一般是用其它语言（C、C++ 或汇编语言等）编写的，并且被编译为基于本机硬件和操作系统的程序，对待这些方法需要特别处理。

5.方法区（线程共有）

• 方法区(Method Area)是各个线程共享的内存区域
• 主要存储类的信息、运行时常量池
• 虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
• 如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。

Class 文件中的常量池（编译器生成的字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。

除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()

6.直接内存

它又叫做堆外内存，线程共享的区域，在 Java 8 之前有个永久代的概念，实际上指的是 HotSpot 虚拟机上的永久代，它用永久代实现了 JVM 规范定义的方法区功能，主要存储类的信息，常量，静态变量，即时编译器编译后代码等，这部分由于是在堆中实现的，受 GC 的管理，不过由于永久代有 -XX:MaxPermSize 的上限，所以如果大量动态生成类（将类信息放入永久代），很容易造成 OOM，有人说可以把永久代设置得足够大，但很难确定一个合适的大小，受类数量，常量数量的多少影响很大。

​ 所以在 Java 8 中就把方法区的实现移到了本地内存中的元空间中，这样方法区就不受 JVM 的控制了,也就不会进行 GC，也因此提升了性能。

6. 堆栈的区别是什么？

1、栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的的。堆会GC垃圾回收，而栈不会。

2、栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的。

3,、两者异常错误不同，但如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。

栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。

堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。

7.JVM中对象在堆中的生命周期?

1. 在 JVM 内存模型的堆中，堆被划分为新生代和老年代 新生代又被进一步划分为 Eden区 和 Survivor区，Survivor 区由 From Survivor 和 To Survivor 组成
2. 当创建一个对象时，对象会被优先分配到新生代的 Eden 区 此时 JVM 会给对象定义一个对象年轻计数器（-XX:MaxTenuringThreshold）
3. 当 Eden 空间不足时，JVM 将执行新生代的垃圾回收（Minor GC） JVM 会把存活的对象转移到 Survivor 中，并且对象年龄 +1对象在 Survivor 中同样也会经历 Minor GC，每经历一次 Minor GC，对象年龄都会+1
4. 如果分配的对象超过了-XX:PetenureSizeThreshold，对象会直接被分配到老年代

8.JVM中对象的分配过程?

为对象分配内存是一件非常严谨和复杂的任务，JVM 的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法和内存回收算法密切相关，所以还需要考虑 GC 执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片。

1. new 的对象先放在伊甸园区，此区有大小限制
2. 当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM 的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区
3. 然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者 0 区
4. 如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者 0 区，如果没有回收，就会放到幸存者 1 区
5. 如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者 0 区，接着再去幸存者 1 区
6. 什么时候才会去养老区呢？ 默认是 15 次回收标记
7. 在养老区，相对悠闲。当养老区内存不足时，再次触发 Major GC，进行养老区的内存清理
8. 若养老区执行了 Major GC 之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生 OOM 异常

2 类加载器ClassLodar

1.类的生命周期

包括以下 7 个阶段：

• 加载（Loading）
• 验证（Verification）
• 准备（Preparation）
• 解析（Resolution）
• 初始化（Initialization）
• 使用（Using）
• 卸载（Unloading）

2.类加载执行过程

Class 文件需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用，那么虚拟机是如何加载这些 Class 文件呢？

类从加载到虚拟机中开始，直到卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）。

1.加载：查找和导入class文件

2.验证：保证加载类的准确性

3.准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值

4.解析：把类中的符号引用转换为直接引用

5.初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

6.使用：JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

7.卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存

3.什么是类加载器，类加载器有哪些?

类加载器

JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。现有的类加载器基本上都是java.lang.ClassLoader的子类，该类的只要职责就是用于将指定的类找到或生成对应的字节码文件，同时类加载器还会负责加载程序所需要的资源

类加载器种类

类加载器根据各自加载范围的不同，划分为四种类加载器：

• 启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：该类并不继承ClassLoader类，其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。
• 扩展类加载器(ExtClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。
• 应用类加载器(AppClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。
• 自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

类加载器的体系并不是“继承”体系，而是委派体系，类加载器首先会到自己的parent中查找类或者资源，如果找不到才会到自己本地查找。类加载器的委托行为动机是为了避免相同的类被加载多次。

4.什么是双亲委派模型？

类加载器有很多种，当我们想要加载一个类的时候，具体是哪个类加载器加载呢？这就需要提到双亲委派模型了。

如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就返回成功；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才由下一级去加载。

5. JVM为什么采用双亲委派机制

（1）通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。

（2）为了安全，保证类库API不会被修改

可以自定义String类然后使用吗？

不行，Java类加载器遵循双亲委派模型，这意味着当请求加载一个类时，类加载器会首先委托其父类加载器去完成这个任务。这个过程会一直向上委托