【001 Java語言和JVM虛擬機】

Java語言是一種先編譯后解釋的語言。JVM是在操作系統(tǒng)之上的虛擬處理器，工作流程主要包括加載class文件、管理并分配內(nèi)存、執(zhí)行垃圾收集。

【002 JVM類加載器的執(zhí)行流程】

裝載流程包括加載、鏈接和初始化，其中類加載器只負責加載流程。

加載：取得class文件的二進制流，并在堆空間創(chuàng)建class對象的引用。

鏈接：將二進制流合并到JVM虛擬機中，通過文件驗證、準備（例如為static和final域設(shè)置初始化信息）、解析（例如將符號引用直接替換為地址引用），實現(xiàn)與平臺相關(guān)。

初始化：執(zhí)行類構(gòu)造器的過程，如果沒有通過new可以不執(zhí)行。

【003 JVM類加載器的分類】

從上到下可以分為四類：BootStrap ClassLoader、External ClassLoad、App ClassLoad和Custom ClassLoad。BootStrap ClassLoader是類加載器的頂級，主要負責對rt.jar進行加載，加載的都是JVM運行的核心類庫文件，如IO、Lang、JDBC；External ClassLoader主要是對jdk的其他擴展類庫進行加載，如Resource、Swing、Security；App ClassLoader主要是對開發(fā)者提供的類進行加載，是最常見的加載器；Custom ClassLoader是要自定義的加載器，重新實現(xiàn)類的加載方法，如Tomcat就定義了加載器以改變加載雙親規(guī)則。

【004 JVM類加載模式】

JVM默認的加載模式是雙親加載，加載class文件時會從底層加載器開始檢查，是否已用該類型加載器加載了class文件，如果已經(jīng)加載，則返回已加載的類引用，如果沒有加載，則會把加載權(quán)限交給上一級的加載器。如果在BootStrap ClassLoader中也沒有找到加載的類，則嘗試從頂層加載器開始加載該類，如加載不了，則交給下一級加載器進行加載。

雙親模式加載的好處是，避免了底層加載器修改上層加載器的加載規(guī)則，比較安全。

雙親模式加載的缺點是，子類加載器可以通過成員parent看到父類，而父類加載器看不到子類加載器的信息，如果存在例如JDBC這樣的接口定義在jt.jar父類加載器，而具體實現(xiàn)類在App ClassLoader的情況，就會加載異常。需要通過在上下文中傳入子類加載器來解決。

【005 Tomcat類加載模式】

Tomcat打破了雙親加載這一模式，自定義的WebAppClassLoader可以直接加載應(yīng)用類，而不會先交給父類加載器。這樣做的原因是因為一個JVM虛擬機里可以存在多個Web應(yīng)用，雙親加載的模式會導致父類加載的類庫會被多個應(yīng)用共享，做不到應(yīng)用隔離。同時，Tomcat的類加載器還提供了熱部署的功能，不用重啟就可以重新加載類庫。

【006 自定義類加載器】

首先，要自定義一個繼承了ClassLoader抽象類的子類，并為其指定父類加載器；其次，需要重寫findClassLoader方法指定在何處獲取已加載的類庫和loadClass方法指定如何加載類庫；最后，還需要通過應(yīng)用程序顯示制定類加載器（從這點上看，用new方法無法使用自定義的類加載器）。

【007 JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)】

JVM內(nèi)存可以分為方法區(qū)、棧區(qū)、堆區(qū)和本地方法區(qū)，此外還有寄存器和直接內(nèi)存區(qū)域。其中，棧區(qū)和寄存器是歸屬于線程的，每個線程都有一份獨立的空間；而其他空間是歸屬于進程的，所有線程共享。本地方法區(qū)可以直接調(diào)用內(nèi)存。

【008 棧的內(nèi)存分配】

棧區(qū)可以分為操作棧、局部變量棧等，用于保存線程運行的局部數(shù)據(jù)。另外，JVM還存在一種棧上分配的技術(shù)，如果啟用DoEscapeAnalysis，那么被線程獨享的小對象，如byte數(shù)組，可以被分配到?？臻g，避免垃圾回收的消耗。

【008擴展如何使一個程序的函數(shù)調(diào)用盡可能深？】

一是擴大棧的內(nèi)容空間，通過-Xss設(shè)置；二是減少一次調(diào)用使用的?？臻g，方法包括減少局部變量的空間，少用long、double，減少參數(shù)個數(shù)，此外還可以關(guān)閉JVM棧上分配。

【009 堆的內(nèi)存分配】

堆空間可以分為新生代、老年代和永久區(qū)。新生代通常占整個堆空間的3/8，可以分為edon、from和to三個子區(qū)域，比例分別為8:1:1，新創(chuàng)建的對象通常情況下會被分配到edon區(qū)域，在第一次垃圾回收后會被轉(zhuǎn)移到其他區(qū)域。老年代存放的是存活時間較長的對象，或是對象的空間較大，在初始化創(chuàng)建或第一次垃圾回收時，就被直接放入。永久區(qū)嚴格意義上說，是方法區(qū)的實現(xiàn)，在JDK1.7后被移入堆內(nèi)存，在JDK1.8后被移入元區(qū)。

【010 JVM內(nèi)存異?！?/p>

內(nèi)存異常，常見的兩個錯誤是OutofMemoryException和StackOverFlowException。前一個異常在內(nèi)存的所有區(qū)域都可能拋出，原因是空間內(nèi)存不足或者空間泄漏。后一個異常出現(xiàn)在棧區(qū)，由于調(diào)用的深度超出限制，在實際的操作中，由于?？臻g的大小和遞歸深度正相關(guān)，通常棧區(qū)更容易出現(xiàn)StackOverFlowException。

【011 JVM內(nèi)存參數(shù)】

① 堆的分配參數(shù)：-Xmx和-Xms，最大堆空間和最小堆空間，一般設(shè)置為一樣大小，否則在運行過程中JVM需要動態(tài)調(diào)整堆空間大小；-Xmn，新生代大?。?XX:NewRatio：設(shè)置新生代的比例；-XX:SurvivoRatio：設(shè)置edon:from的比例；-XX:OnOutOfMemoryError：內(nèi)存溢出時可以指定腳本報錯或重啟JVM。

② 棧的內(nèi)存分配：-Xss，通常根據(jù)內(nèi)存的大小分配在幾百K到1M之間。

③ 永久區(qū)分配：-XX:PermSize，-XX:MaxPErmSize，永久區(qū)的最小和最大空間。

【012 JVM內(nèi)存模型】

JVM的共享內(nèi)存，在被線程使用時，通常會拷貝一個副本放入線程工作區(qū)域，做到數(shù)據(jù)的互相隔離，當然這也會造成多個線程共享的數(shù)據(jù)不同步問題。對于Volatile變量，規(guī)定線程每次讀取時必須從主內(nèi)存中加載，而修改后必須同步到主內(nèi)存中，保證數(shù)據(jù)的同步，但是加載(read,load)和更新(store,write)操作都不是原子性的操作，會造成線程不安全。對于Synchronized變量，是通過鎖機制，保證數(shù)據(jù)在同一時間內(nèi)只能被獲得鎖的線程訪問，從而保證線程安全，但只有釋放鎖后才會把數(shù)據(jù)寫回到主內(nèi)存。對于final變量，雖然和普通變量一樣使用，但由于其是不可修改的，因此也不存在同步問題。

【013 垃圾回收器算法】

GC是JVM的后臺線程，只有在系統(tǒng)空閑并且內(nèi)存區(qū)域不足時才會執(zhí)行。

① 引用計數(shù)法，循環(huán)引用問題，Python

② 標記-清理算法，標記從root可達的所有對象，清除不可達對象，會造成零碎空間問題

③ 標記-壓縮算法，標記從root可達的所有對象，移動到連續(xù)內(nèi)存，然后清除其他所有空間

④ 復制算法，兩個一樣的內(nèi)存塊空間，把其中一塊的可達對象移動到另一塊連續(xù)存儲，然后清除前一塊的空間

【014擴展什么是root可達？】

從?？臻g/方法區(qū)的Static成員/常量池/Native方法棧存在對象引用鏈，可以訪問到對象。

【015 堆區(qū)采用的GC算法】

① 新生代的edon區(qū)域采用標記-清理算法，80%的新生代對象在第一次GC時就會被清理，標記-清理算法是最快的；

② 新生代的from和to區(qū)域采用復制算法，超過年齡限制的對象會被清理到老年代；

③ 老年代的GC并不是太頻繁，采用標記-壓縮算法，盡量避免零碎區(qū)域FULL GC。

【016 GC收集器實例】

① 串行回收器，暫停所有用戶線程，新生代復制，老年代標記-壓縮，適用于單CPU的應(yīng)用；

② 并行回收器ParNew，暫停所有用戶線程，新生代回收器，并行復制，適用于多核應(yīng)用；

③ 并行回收器Parallel，暫停所有用戶線程，新生代并行復制，老年代并行標記-壓縮，可分開使用，更注重吞吐量；

④ 并發(fā)回收器CMS，是目前JVM虛擬機默認的GC算法，目標是最短時間回收，允許用戶線程與回收線程并發(fā)執(zhí)行，采用標記-清理算法，常用于老年代；CMS的回收分為初始標記、并發(fā)標記、重新標記、并發(fā)清理和并發(fā)重置，其中初始標記和重新標記是不允許并發(fā)的，并發(fā)重置是對產(chǎn)生的零碎空間進行壓縮，但不是每次都要執(zhí)行；

⑤ G1回收器，是JDK1.7之后提出的回收算法，把堆劃分成若干個大小一致的區(qū)域，打破了新生代、老年代的物理隔離；標記算法同CMS，但是回收時會優(yōu)先選擇要回收區(qū)域最大的空間進行回收，保證可用的連續(xù)空間最大化。

【016擴展1 finalize和System.GC】

① Finalize是Object類的方法，會在第一次調(diào)用GC時被觸發(fā)，對類進行清理，但也可以重寫該方法復活對象，創(chuàng)建新的引用指向自身this；另外不推薦在該方法中進行資源的釋放，因為該方法執(zhí)行的時間不可控。

② System.GC是系統(tǒng)方法，可以通過顯示調(diào)用通知JVM虛擬機需要進行垃圾回收，但并不能保證虛擬機的立即執(zhí)行。

【016擴展2 STOP-THE-WORLD】

STOP-THE-WORLD是指從執(zhí)行效果看，JVM虛擬機出現(xiàn)全局暫停的問題，GC是導致該現(xiàn)象的一個原因。這一現(xiàn)象對系統(tǒng)運行存在危害，例如主從備份的機器，主機發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)暫停，會主動切換到備機執(zhí)行，此時主機恢復運行，會出現(xiàn)不同步問題。

【016擴展3 JDK1.8的分代變化】

最大的變化是將永久區(qū)移到了元空間，其垃圾回收算法采用標記-壓縮。該變化的原因是為了更好的控制類加載器和class對象的內(nèi)存空間，因為永久區(qū)很少會執(zhí)行GC，導致不用的類加載器和class對象不能被及時刪除。

【017 JVM指令重排】

指令重排是指編譯器或運行時環(huán)境，會根據(jù)指令的執(zhí)行情況，優(yōu)化各指令的執(zhí)行順序。指令重排對于一個線程的執(zhí)行順序沒有影響，但是多個不同線程的執(zhí)行中，會造成執(zhí)行順序變化，得到不同的執(zhí)行結(jié)果。因此在指令執(zhí)行過程中，需要通過各種鎖機制保證執(zhí)行順序。

【018 JVM鎖機制】

JVM鎖與Java語言中的Lock和Synchronized對應(yīng)的層次不同，是虛擬機執(zhí)行的真正機制。JVM的鎖機制更適用于競爭不頻繁的場景，避免真正加鎖，如果競爭激勵，建議關(guān)閉JVM鎖優(yōu)化。

① 偏向鎖，首次使用的線程會占有該鎖，同一線程再次訪問不受限制，如果其他線程需要訪問，則偏向結(jié)束，需要進行Lock競爭；

② 輕量級鎖，如果對象沒有被鎖定，則可以使用，如果存在競爭，則需要進行Lock競爭；

③ 自旋鎖，如果需要的對象被鎖定，可以執(zhí)行一段空語句，再看是否還被占用；

④ 無鎖CAS，check and swap，每次執(zhí)行都檢查對象是否被修改，被修改則進行修正。

【019 Java語法糖】

① 泛型與類型擦除：List經(jīng)過編譯后的實際類型為List，因此如果要真正限制集合類型，可以使用List，泛型擦除后的結(jié)果為List；

② 自動裝箱和拆箱：包裝類型Integer和基本類型int之間的互相比較，會默認轉(zhuǎn)為int類型；Integer與Integer類型的==比較，[-128,127]區(qū)間范圍內(nèi)編譯器會認為是int類型比較，否則就是對象地址比較；

③ foreach的遍歷循環(huán)，編譯時需要轉(zhuǎn)化為下標方式，因此執(zhí)行效率較低。