概述：知識(shí)點(diǎn)匯總
jvm的知識(shí)點(diǎn)匯總共6個(gè)大方向：內(nèi)存模型、類加載機(jī)制、GC垃圾回收是比較重點(diǎn)的內(nèi)容。性能調(diào)優(yōu)部分偏重實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)突出實(shí)踐能力。編譯器優(yōu)化和執(zhí)行模式部分偏重理論基礎(chǔ)，主要掌握知識(shí)點(diǎn)。
各個(gè)部分的內(nèi)容如下：
1＞內(nèi)存模型部分：程序計(jì)數(shù)器、方法區(qū)、堆、棧、本地方法棧的作用，保存哪些數(shù)據(jù)；
2＞類加載部分：雙親委派的加載機(jī)制以及常用類加載器分別加載哪種類型的類；
3＞GC部分：分代回收的思想和依據(jù)，以及不同垃圾回收算法實(shí)現(xiàn)的思路、適合的場景；
4＞性能調(diào)優(yōu)部分：常用的jvm優(yōu)化參數(shù)的作用，參數(shù)調(diào)優(yōu)的依據(jù)，要了解常用的jvm分析工具能分析哪類問題，以及使用方法；
5＞執(zhí)行模式部分：解釋、編譯、混合模式的優(yōu)缺點(diǎn)，了解java7提供的分層編譯技術(shù)。需要知道JIT即時(shí)編譯技術(shù)和OSR也就是棧上替換，知道C1、C2編譯器針對的場景，其中C2針對server模式，優(yōu)化更激進(jìn)。在新技術(shù)方面可以了解一下java10提供的由java實(shí)現(xiàn)的graal編譯器。
6＞編譯優(yōu)化部分：前端編譯器javac的編譯過程、AST抽象語法樹、編譯期優(yōu)化和運(yùn)行期優(yōu)化。編譯優(yōu)化的常用技術(shù)，包括公共子表達(dá)式的消除、方法內(nèi)聯(lián)、逃逸分析、棧上分配、同步消除等。明白了這些才能寫出對編譯器友好的代碼。
jvm的內(nèi)容相對來說比較集中，但是對知識(shí)深度的掌握要求較高，建議面試前重點(diǎn)加強(qiáng)。
一、jvm內(nèi)存相關(guān)考點(diǎn)
1.詳解-jvm內(nèi)存模型
jvm內(nèi)存模型主要指運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)，包括5個(gè)部分。
棧也叫方法棧，是線程私有的，線程在執(zhí)行每個(gè)方法時(shí)都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，用來存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。調(diào)用方法時(shí)執(zhí)行入棧，方法返回時(shí)執(zhí)行出棧。
本地方法棧與棧類似，也是用來保存線程執(zhí)行方法時(shí)的信息，不同的是，執(zhí)行java方法使用棧，而執(zhí)行native方法使用本地方法棧。
程序計(jì)數(shù)器保存著當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼位置，每個(gè)線程工作時(shí)都有一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。程序計(jì)數(shù)器為執(zhí)行java方法服務(wù)，執(zhí)行native方法時(shí)，程序計(jì)數(shù)器為空。
棧、本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器這三個(gè)部分都是線程獨(dú)占的。
堆是jvm管理的內(nèi)存中最大的一塊，堆被所有線程共享，目的是為了存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配。當(dāng)堆內(nèi)存沒有可用的空間時(shí)，會(huì)拋出OOM異常。根據(jù)對象存活的周期不同，jvm把堆內(nèi)存進(jìn)行分代管理，由垃圾回收器來進(jìn)行對象的回收管理。
方法區(qū)也是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，又叫非堆區(qū)。用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，
jdk1.7中的永久代和1.8中的metaspace都是方法區(qū)的一種實(shí)現(xiàn)。
面試回答此知識(shí)點(diǎn)相關(guān)問題時(shí)，要答出兩個(gè)要點(diǎn)：一個(gè)是各部分的功能，另一個(gè)是哪些線程共享，哪些獨(dú)占。
2.詳解-jmm內(nèi)存可見性
jmm是java內(nèi)存模型，與剛才講到的jvm內(nèi)存模型是兩回事，jmm的主要目標(biāo)是定義程序中變量的訪問規(guī)則，如圖所示，所有的共享變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中共享。每個(gè)線程有自己的工作內(nèi)存，工作內(nèi)存中保存的是主內(nèi)存中變量的副本，線程對變量的讀寫等操作必須在自己 的工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量。
在多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，例如線程a給一個(gè)共享變量賦值后，由線程b來讀取這個(gè)值，a修改完變量是修改在自己的工作區(qū)內(nèi)存中，b是不可見的，只有從a的工作區(qū)寫回到主內(nèi)存，b再從主內(nèi)存讀取到自己的工作區(qū)才能進(jìn)行進(jìn)一步的操作。由于指令重排序的存在，這個(gè)寫-讀的順序有可能被打亂。
因此jmm需要提供原子性、可見性、有序性的保證。
3、詳解-jmm保證
主要介紹下jmm如何保證原子性、可見性，有序性。
jmm保證對除long和double外的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的讀寫操作是原子性的。另外關(guān)鍵字Synchronized也可以提供原子性保證。Synchronized的原子性是通過java的兩個(gè)高級(jí)的字節(jié)碼指令monitorenter和monitorexit來保證的。
jmm可見性的保證，一個(gè)是通過Synchronized，另外一個(gè)就是volatile。volatile強(qiáng)制變量的賦值會(huì)同步刷新回主內(nèi)存，強(qiáng)制變量的讀取會(huì)從主內(nèi)存重新加載，保證不同的線程總是能夠看到該變量的最新值。
jmm對有序性的保證，主要通過volatile和一系列happens-before原則。volatile的另一個(gè)作用就是阻止指令重排序，這樣就可以保證變量讀寫的有序性。
- happens-before原則包括一系列規(guī)則，如
- 程序順序原則，即一個(gè)線程內(nèi)必須保證語義串行性；
- 鎖規(guī)則，即對同一個(gè)鎖的解鎖一定發(fā)生在再次加鎖之前；
- 此外還包括happens-before原則的傳遞性、線程啟動(dòng)、中斷、終止規(guī)則等。
二、類加載機(jī)制相關(guān)考點(diǎn)
1.詳解類加載機(jī)制
類的加載指的是將編譯好的class類文件中的字節(jié)碼讀入到內(nèi)存中，將其放在方法區(qū)內(nèi)并創(chuàng)建對應(yīng)的Class對象。
類的加載分為加載、鏈接、初始化，其中鏈接又包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三步?？吹綀D中上半部分深綠色，我們逐個(gè)分析：
加載是文件到內(nèi)存的過程。通過類的完全限定名查找此類字節(jié)碼文件，并利用字節(jié)碼文件創(chuàng)建一個(gè)Class對象
驗(yàn)證是對類文件內(nèi)容驗(yàn)證。目的在于確保Class文件符合當(dāng)前虛擬機(jī)要求，不會(huì)危害虛擬機(jī)自身安全。主要包括四種：文件格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)碼驗(yàn)證，符號(hào)引用驗(yàn)證。
準(zhǔn)備階段是進(jìn)行內(nèi)存分配。為類變量也就是類中由static修飾的變量分配內(nèi)存，并且設(shè)置初始值，這里要注意，初始值是0或者null，而不是代碼中設(shè)置的具體值，代碼中設(shè)置的值是在初始化階段完成的。另外這里也不包含用final修飾的靜態(tài)變量，因?yàn)閒inal在編譯的時(shí)候就會(huì)分配了。
解析主要是解析字段、接口、方法。主要是將常量池中的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量等。
最后是初始化：主要完成靜態(tài)塊執(zhí)行與靜態(tài)變量的賦值。這是類加載最后階段，若被加載類的父類沒有初始化，則先對父類進(jìn)行初始化。
只有對類主動(dòng)使用時(shí)，才會(huì)進(jìn)行初始化，初始化的觸發(fā)條件包括創(chuàng)建類的實(shí)例的時(shí)候、訪問類的靜態(tài)方法或者靜態(tài)變量的時(shí)候、Class.forName()反射類的時(shí)候、或者某個(gè)子類被初始化的時(shí)候。
類的生命周期，就是從類的加載到類實(shí)例的創(chuàng)建與使用，再到類對象不再被使用時(shí)可以被GC卸載回收。這里要注意一點(diǎn)，由java虛擬機(jī)自帶的三種類加載器加載的類在虛擬機(jī)的整個(gè)生命周期中是不會(huì)被卸載的，只有用戶自定義的類加載器所加載的類才可以被卸載。
2.詳解類加載器
java自帶的三種類加載器分別是：bootstrap啟動(dòng)類加載器、擴(kuò)展類加載器和應(yīng)用加載器也叫系統(tǒng)加載器。圖右邊的桔黃色文字表示各類加載器對應(yīng)的加載目錄。啟動(dòng)類加載器加載java home中l(wèi)ib目錄下的類，擴(kuò)展加載器負(fù)責(zé)加載ext目錄下的類，應(yīng)用加載器加載classpath指定目錄下的類。
除此之外，可以自定義類加載器。
java的類加載使用雙親委派模式，即一個(gè)類加載器在加載類時(shí)，先把這個(gè)請求委托給自己的父類加載器去執(zhí)行，如果父類加載器還存在父類加載器，就繼續(xù)向上委托，直到頂層的啟動(dòng)類加載器，如圖中藍(lán)色向上的箭頭。如果父類加載器能夠完成類加載，就成功返回，如果父類加載器無法完成加載，那么子加載器才會(huì)嘗試自己去加載。
這種雙親委派模式的好處，一個(gè)可以避免類的重復(fù)加載，另外也避免了java的核心API被篡改。
三、其他知識(shí)梳理
1.詳解分代回收
前面提到過，java的堆內(nèi)存被分代管理，分代管理主要是為了方便垃圾回收，這樣做基于2個(gè)事實(shí)，第一、大部分對象很快就不再使用，第二，還有一部分不會(huì)立即無用,但也不會(huì)持續(xù)很長時(shí)間。
虛擬機(jī)中劃分為年輕代、老年代、和永久代。
1＞年輕代：主要用來存放新創(chuàng)建的對象，年輕代分為eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)。大部分對象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對象會(huì)在兩個(gè)Survivor區(qū)交替保存，達(dá)到一定次數(shù)的對象會(huì)晉升到老年代。
2＞老年代：用來存放從年輕代晉升而來的，存活時(shí)間較長的對象。
3＞永久代：主要保存類信息等內(nèi)容，這里的永久代是指對象劃分方式，不是專指1.7的permGen，或者1.8之后的metaspace。
根據(jù)年輕代與老年代的特點(diǎn)，jvm提供了不同的垃圾回收算法。垃圾回收算法按類型可以分為引用計(jì)數(shù)法、復(fù)制法和標(biāo)記清除法。
其中引用計(jì)數(shù)法是通過對象被引用的次數(shù)來確定對象是否被使用，缺點(diǎn)是無法解決循環(huán)引用的問題。
復(fù)制算法需要from和to兩塊相同大小的內(nèi)存空間，對象分配時(shí)只在from塊中進(jìn)行，回收時(shí)把存活對象復(fù)制到to塊中，并清空from塊，然后交換兩塊的分工，即把from塊作為to塊，把to塊作為from塊。缺點(diǎn)是內(nèi)存使用率較低。
標(biāo)記清除算法分為標(biāo)記對象和清除不在使用的對象兩個(gè)階段，標(biāo)記清除算法的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
jvm中提供的年輕代回收算法Serial、ParNew、Parallel Scavenge都是復(fù)制算法，而CMS、G1、zgc都屬于標(biāo)記清除算法。
四、jvm面試題分享
- 說一下 jvm 的主要組成部分？及其作用？
- 說一下 jvm 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)？
- 說一下堆棧的區(qū)別？
- 隊(duì)列和棧是什么？有什么區(qū)別？
- 什么是雙親委派模型？
- 說一下類加載的執(zhí)行過程？
- 怎么判斷對象是否可以被回收？
- java 中都有哪些引用類型？
- 說一下 jvm 有哪些垃圾回收算法？
- 說一下 jvm 有哪些垃圾回收器？
- 詳細(xì)介紹一下 CMS 垃圾回收器？
- 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么區(qū)別？
- 簡述分代垃圾回收器是怎么工作的？
- 說一下 jvm 調(diào)優(yōu)的工具？
- 常用的 jvm 調(diào)優(yōu)的參數(shù)都有哪些？
- Java的內(nèi)存模型以及GC算法
- jvm性能調(diào)優(yōu)都做了什么
- 介紹JVM中7個(gè)區(qū)域，然后把每個(gè)區(qū)域可能造成內(nèi)存的溢出的情況說明。
- 介紹GC 和GC Root不正常引用
- 自己從classload 加載方式，加載機(jī)制說開去，從程序運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，講到內(nèi)存分配，講到String常量池，講到JVM垃圾回收機(jī)制，算法，hotspot。
- jvm 如何分配直接內(nèi)存， new 對象如何不分配在堆而是棧上，常量池解析。
- 數(shù)組多大放在JVM老年代
- 老年代中數(shù)組的訪問方式
- GC 算法，永久代對象如何 GC ， GC 有環(huán)怎么處理。
- 誰會(huì)被 GC ，什么時(shí)候 GC。
- 如果想不被 GC 怎么辦
- 如果想在 GC 中生存 1 次怎么辦
總結(jié)：面試考察點(diǎn)及加分項(xiàng)
1.jvm相關(guān)的面試考察點(diǎn)
首先，需要jvm的內(nèi)存模型和java的內(nèi)存模型；
其次，要了解的類的加載過程，了解雙親委派機(jī)制；
第三，要理解內(nèi)存的可見性與java內(nèi)存模型對原子性、可見性、有序性的保證機(jī)制；
第四，要了解常用的gc算法的特點(diǎn)、執(zhí)行過程，和適用場景，例如g1適合對最大延遲有要求的場合，zgc適> 用于64為系統(tǒng)的大內(nèi)存服務(wù)中；
第五，要了解常用的jvm參數(shù)，明白對不同參數(shù)的調(diào)整會(huì)有怎樣的影響，適用什么樣的場景。例如垃圾回收的并發(fā)數(shù)、偏向鎖設(shè)置等
2.相關(guān)加分項(xiàng)
如果想要面試官對你留下更好的印象的話，注意這些加分項(xiàng)：
首先，如果在編譯器優(yōu)化方面有深入的了解的話，會(huì)讓面試官覺得你對技術(shù)的深度比較有追求。例如知道在編程時(shí)如何合理利用棧上分配降低gc壓力、如何編寫適合內(nèi)聯(lián)優(yōu)化等代碼等。
其次，如果你能有線上實(shí)際問題的排查經(jīng)驗(yàn)或思路那就更好了，面試官都喜歡動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)。例如解決過線上經(jīng)常full gc問題，排查過內(nèi)存泄露問題等。
第三，如果能有針對特定場景的jvm優(yōu)化實(shí)踐或者優(yōu)化思路，也會(huì)有意想不到的效果。例如針對高并發(fā)低延遲的場景，如何調(diào)整gc參數(shù)盡量降低gc停頓時(shí)間，針對隊(duì)列處理機(jī)如何盡可能提高吞吐率等；
第四，如果對最新的jvm技術(shù)趨勢有所了解，也會(huì)給面試官留下比較深刻的印象。例如了解zgc高效的實(shí)現(xiàn)原理，了解Graalvm的特點(diǎn)等。
總之，掌握以上具體的JVM考點(diǎn)，才能在面試時(shí)應(yīng)答自如。希望讀完此篇文章的你，都能在來年金三銀四的招聘季做好準(zhǔn)備，拿到心儀的Offer。
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