JVM-面试题

一、什么是Java虚拟机?为什么Java被称作是“平台无关的编程语言”?

  1. Java虚拟机是一个可以执行Java字节码的虚拟机进程。Java源文件被编译成能被Java虚拟机执行的字节码文件。 Java被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台,而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java虚拟机让这个变为可能,因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。
  2. 虚拟机是一种抽象化的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。

二、Java内存结构?

在这里插入图片描述
方法区和对是所有线程共享的内存区域;而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。

  • 堆(Heap),是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
  • 方法区(Method Area),方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。(JDK1.8 之后的元空间)
  • 程序计数器(Program Counter Register),程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
  • JAVA栈(JAVA Stacks),与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
  • 本地方法栈(Native Method Stacks),本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

三、什么是类的加载?

  • 类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆区创建一个java.lang.Class对象,用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象,Class对象封装了类在方法区内的数据结构,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
    在这里插入图片描述
    查看:https://blog.csdn.net/lijinzhou2017/article/details/106999149

四、类的唯一性和类加载器

  • .对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性。
    即使两个类来源于同一个 Class 文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类也不相等。这里所指的“相等”,包括代表类的 Class 对象的 equals() 方法、 isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果,也包括使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。

五、new一个对象过程中发生了什么?

  1. 确认类元信息是否存在。当 JVM 接收到 new 指令时,首先在 metaspace(元空间) 内检查需要创建的类元信息是否存在。 若不存在,那么在双亲委派模式下,使用当前类加载器以 ClassLoader + 包名+类名为 Key 进行查找对应的 class 文件。 如果没有找到文件,则抛出 ClassNotFoundException 异常 , 如果找到,则进行类加载(加载 - 验证 - 准备 - 解析 - 初始化),并生成对应的 Class 类对象。
  2. 分配对象内存。 首先计算对象占用空间大小,如果实例成员变量是引用变量,仅分配引用变量空间即可,即 4 个字节大小,接着在堆中划分—块内存给新对象。 在分配内存空间时,需要进行同步操作,比如采用 CAS (Compare And Swap) 失败重试、 区域加锁等方式保证分配操作的原子性。
  3. 设定默认值。 成员变量值都需要设定为默认值, 即各种不同形式的零值。
  4. 设置对象头。设置新对象的哈希码、 GC 信息、锁信息、对象所属的类元信息等。这个过程的具体设置方式取决于 JVM 实现。
  5. 执行 init 方法。 初始化成员变量,执行实例化代码块,调用类的构造方法,并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

六、深拷贝和浅拷贝

  • 浅拷贝(shallowCopy)只是增加了一个指针指向已存在的内存地址

  • 深拷贝(deepCopy)是增加了一个指针并且申请了一个新的内存,使这个增加的指针指向这个新的内存

  • 深拷贝,释放内存的时候不会因为出现浅拷贝时释放同一个内存的错误。

  • 浅复制:仅仅是指向被复制的内存地址,如果原地址发生改变,那么浅复制出来的对象也会相应的改变。

  • 深复制:在计算机中开辟一块新的内存地址用于存放复制的对象。

七、堆栈的区别?

  • 物理地址
    堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配,所以有各种算法。比如,标记-消除,复制,标记-压缩,分代(即新生代使用复制算法,老年代使用标记——压缩)
    栈使用的是数据结构中的栈,先进后出的原则,物理地址分配是连续的。所以性能快。

  • 内存分别
    堆因为是不连续的,所以分配的内存是在运行期确认的,因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。
    栈是连续的,所以分配的内存大小要在编译期就确认,大小是固定的。

  • 存放的内容
    堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储
    栈存放:局部变量,操作数栈,返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。
    静态变量放在方法区
    静态的对象还是放在堆。

  • 程序的可见度
    堆对于整个应用程序都是共享、可见的。
    栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。

八、垃圾收集

  • 垃圾收集器简述Java垃圾回收机制
    在java中,程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的,而是由虚拟机自行执行。在JVM中,有一个垃圾回收线程,它是低优先级的,在正常情况下是不会执行的,只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时,才会触发执行,扫面那些没有被任何引用的对象,并将它们添加到要回收的集合中,进行回收。

  • GC是什么?为什么要GC
    GC 是垃圾收集的意思(Gabage Collection),内存处理是编程人员容易出现问题的地方,忘记或者错误的内存回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃,Java 提供的 GC 功能可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动回收内存的目的,Java 语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法。

  • 垃圾回收的优点和原理。并考虑2种回收机制
    java语言最显著的特点就是引入了垃圾回收机制,它使java程序员在编写程序时不再考虑内存管理的问题。由于有这个垃圾回收机制,java中的对象不再有“作用域”的概念,只有引用的对象才有“作用域”。垃圾回收机制有效的防止了内存泄露,可以有效的使用可使用的内存。垃圾回收器通常作为一个单独的低级别的线程运行,在不可预知的情况下对内存堆中已经死亡的或很长时间没有用过的对象进行清除和回收。程序员不能实时的对某个对象或所有对象调用垃圾回收器进行垃圾回收。垃圾回收有分代复制垃圾回收、标记垃圾回收、增量垃圾回收。

  • 垃圾回收器的基本原理是什么?可以马上回收内存吗?有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收?
    对于GC来说,当程序员创建对象时,GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用情况。
    通常,GC采用有向图的方式记录和管理堆(heap)中的所有对象。通过这种方式确定哪些对象是"可达的",哪些对象是"不可达的"。当GC确定一些对象为"不可达"时,GC就有责任回收这些内存空间。可以。程序员可以手动执行System.gc(),通知GC运行,但是Java语言规范并不保证GC一定会执行。

  • Java 中都有哪些引用类型?
    强引用:发生 gc 的时候不会被回收。
    软引用:有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收。
    弱引用:有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收。
    虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

  • 怎么判断对象是否可以被回收?
    垃圾收集器在做垃圾回收的时候,首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收的,哪些对象是「存活」的,是不可以被回收的;哪些对象已经「死掉」了,需要被回收。
    一般有两种方法来判断:
    引用计数器法:为每个对象创建一个引用计数,有对象引用时计数器 +1,引用被释放时计数 -1,当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题;
    可达性分析算法:从 GC Roots 开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时,则证明此对象是可以被回收的。

  • 在Java中,对象什么时候可以被垃圾回收
    当对象对当前使用这个对象的应用程序变得不可触及的时候,这个对象就可以被回收了。
    垃圾回收不会发生在永久代,如果永久代满了或者是超过了临界值,会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息,就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。

  • JVM中的永久代中会发生垃圾回收吗
    垃圾回收不会发生在永久代,如果永久代满了或者是超过了临界值,会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息,就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。请参考下Java8:从永久代到元数据区
    (译者注:Java8中已经移除了永久代,新加了一个叫做元数据区的native内存区)

九、JVM 有哪些垃圾回收算法?

  1. 标记-清除:
    这是垃圾收集算法中最基础的,根据名字就可以知道,它的思想就是标记哪些要被回收的对象,然后统一回收。这种方法很简单,但是会有两个主要问题:1.效率不高,标记和清除的效率都很低;2.会产生大量不连续的内存碎片,导致以后程序在分配较大的对象时,由于没有充足的连续内存而提前触发一次GC动作。
  2. 复制算法:
    为了解决效率问题,复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分,然后每次只使用其中的一块,当一块内存用完时,就将还存活的对象复制到第二块内存上,然后一次性清楚完第一块内存,再将第二块上的对象复制到第一块。但是这种方式,内存的代价太高,每次基本上都要浪费一般的内存。
    于是将该算法进行了改进,内存区域不再是按照1:1去划分,而是将内存划分为8:1:1三部分,较大那份内存交Eden区,其余是两块较小的内存区叫Survior区。每次都会优先使用Eden区,若Eden区满,就将对象复制到第二块内存区上,然后清除Eden区,如果此时存活的对象太多,以至于Survivor不够时,会将这些对象通过分配担保机制复制到老年代中。(java堆又分为新生代和老年代)
  3. 标记-整理
    该算法主要是为了解决标记-清除,产生大量内存碎片的问题;当对象存活率较高时,也解决了复制算法的效率问题。它的不同之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端,然后清除掉端边界以外的对象,这样就不会产生内存碎片了。
    分代收集
  4. 现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式,它根据对象的生存周期,将堆分为新生代和老年代。在新生代中,由于对象生存期短,每次回收都会有大量对象死去,那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高,没有额外的空间进行分配担保,所以可以使用标记-整理 或者 标记-清除。

十、java会存在内存泄漏吗?

  • 内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说,Java是有GC垃圾回收机制的,也就是说,不再被使用的对象,会被GC自动回收掉,自动从内存中清除。
    但是,即使这样,Java也还是存在着内存泄漏的情况,java导致内存泄露的原因很明确:长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露,尽管短生命周期对象已经不再需要,但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收,这就是java中内存泄露的发生场景。

十一、 JVM 有哪些垃圾回收器?

  1. Serial收集器(复制算法): 新生代单线程收集器,标记和清理都是单线程,优点是简单高效;
  2. ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器,实际上是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现;
  3. Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器,追求高吞吐量,高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间),高吞吐量可以高效率的利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,适合后台应用等对交互相应要求不高的场景;
  4. Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器,Serial收集器的老年代版本;
  5. Parallel Old收集器 (标记-整理算法): 老年代并行收集器,吞吐量优先,Parallel Scavenge收集器的老年代版本;
  6. CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器(标记-清除算法): 老年代并行收集器,以获取最短回收停顿时间为目标的收集器,具有高并发、低停顿的特点,追求最短GC回收停顿时间。
  7. G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法): Java堆并行收集器,G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器,G1收集器基于“标记-整理”算法实现,也就是说不会产生内存碎片。此外,G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是:G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代,老年代),而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

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