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标题: 一文了解JVM面试篇（上） [打印本页]

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作者: 河曲智叟    时间: 2024-6-1 15:53
标题: 一文了解JVM面试篇（上）
Java内存地区

1、如何解释 Java 堆空间及 GC？

当通过 Java 下令启动 Java 进程的时间，会为它分配内存。内存的一部分用于创建
堆空间，当程序中创建对象的时间，就从对空间中分配内存。GC 是 JVM 内部的一
个进程，回收无效对象的内存用于将来的分配。
2、JVM 的主要组成部分及其作用？

组成部分：

• JVM 包罗两个子系统和两个组件，两个子系统为：Class loader(类装载)和
  Executionengine(实行引擎)；
  
• 两个组件为 Runtime data area(运行时数据区)、Native Interface(本地接
  口)。
  

• Class loader(类装载)：
  根据给定的全限定名类名(如：java.lang.Object)来装载class 文件到
  Runtime data area 中的 method area。
  
• Execution engine（实行引擎）：实行 classes 中的指令。
  
• Native Interface(本地接口)：与 native libraries 交互，是其它编程语言交
  互的接口。
  
• Runtime data area(运行时数据地区)：这就是我们常说的 JVM 的内存。
  

作用：

首先通过编译器把 Java 代码转换成字节码，类加载器（ClassLoader）再把字节
码加载到内存中，将其放在运行时数据区（Runtime data area）的方法区内，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操纵系统去实行,因
此需要特定的下令解析器实行引擎（Execution Engine),将字节码翻译成底层系统
指令，再交由 CPU 去实行,而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native
Interface）来实现整个程序的功能。
3、Java 程序运行机制具体说明

Java 程序运行机制步骤

• 首先利用 IDE 集成开发工具编写 Java 源代码，源文件的后缀为.java；
  
• 再利用编译器(javac 下令)将源代码编译成字节码文件，字节码文件的后缀名
  为.class；
  
• 运行字节码的工作是由解释器(java 下令)来完成的。
  

从上图可以看，java 文件通过编译器变成了.class 文件，接下来类加载器又将这
些.class 文件加载到 JVM 中。
其实可以一句话来解释：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。
4、JVM 内存模型

Java 虚拟机在实行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存地区划分为多少个差别
的数据地区。这些地区都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有些地区随着虚
拟机进程的启动而存在，有些地区则是依靠线程的启动和竣事而建立和销毁。Java
虚拟机所管理的内存被划分为如下几个地区：

• 程序计数器（Program Counter Register）：当火线程所实行的字节码的行
  号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条
  需要实行的字节码指令，分支、循环、跳转、非常处置处罚、线程恢复等底子功
  能，都需要依靠这个计数器来完成；
  
• Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操
  作数栈、动态链接、方法出口等信息；
  
• 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不
  过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法
  服务的；
  

• Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享
  的，险些所有的对象实例都在这里分配内存；
  
• 方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态
  变量、即时编译后的代码等数据。
  

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；
  

利用深拷贝的环境下，释放内存的时间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，假如原地址发生改变，那么浅复制
  出来的对象也会相应的改变。
  
• 深复制：在计算机中开发一块新的内存地址用于存放复制的对象。
  

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 的时间也要考
  虑到不连续的分配，所以有各种算法。比如，标志-消除，复制，标志-压缩，分代（即新生代利用复制算法，老年代利用标志——压缩）。
  
• 栈利用的是数据结构中的栈，先辈后出的原则，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，操纵数栈，返回效果。该区更关注的是程序方法的实行。
  

例如：

• 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。
  

Java 中堆和栈的区别

JVM 中堆和栈属于差别的内存地区，利用目的也差别。栈常用于保存方法帧和局部
变量，而对象总是在堆上分配。栈通常都比堆小，也不会在多个线程之间共享，而堆
被整个JVM 的所有线程共享。
队列和栈是什么？有什么区别？

队列和栈都是被用来预存储数据的。

• 操纵的名称差别。队列的插入称为入队，队列的删除称为出队。栈的插入称
  为进栈，栈的删除称为出栈。
  
• 可操纵的方式差别。队列是在队尾入队，队头出队，即两边都可操纵。而栈
  的进栈和出栈都是在栈顶进行的，无法对栈底直接进行操纵。
  
• 操纵的方法差别。队列是先辈先出（FIFO），即队列的修改是依先辈先出的
  原则进行的。新来的成员总是加入队尾（不能从中间插入），每次离开的成员
  总是队列头上（不答应中途离队）。而栈为后进先出（LIFO）,即每次删除（出
  栈）的总是当前栈中最新的元素，即最后插入（进栈）的元素，而开始插入的
  被放在栈的底部，要到最后才能删除。
  

虚拟机栈(线程私有)

• 它是形貌 java 方法实行的内存模型，每个方法在实行的同时都会创建一个栈帧
  （Stack Frame）用于存储局部变量表、操纵数栈、动态链接、方法出口等信息。
  每一个方法从调用直至实行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到
  出栈的过程。
  
• 栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程效果的数据结构，同时也被用来处
  理动态链接(Dynamic Linking),方法返回值和非常分派(DispatchException）。
  栈帧随着方法调用而创建，随着方法竣事而销毁——无论方法是正常完成还是
  非常完成（抛出了在方法内未被捕获的非常）都算作方法束。
  

程序计数器(线程私有)

一块较小的内存空间, 是当火线程所实行的字节码的行号指示器，每条线程都
要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有” 的内存。
正在实行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指
令的地址） 。假如还是 Native 方法，则为空。这个内存地区是唯一一个在
虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 环境的地区。
什么是直接内存？

直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 但也会被频仍的利用: 在JDK 1.4 引入
的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以利用 Native 函数库直接
分配堆外内存, 然后利用 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操纵(详见:
Java I/O 扩展), 这样就避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些
场景中可以显著进步性能。

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