面试准备之JVM

JVM

JVM内存结构

• 堆
  1. 可通过参数 -Xms 和-Xmx设置
  2. Java堆是被所有线程共享,是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块 Java堆在虚拟机启动时创建。
  3. Java堆唯一的目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例和数组都在这里
  4. Java堆为了便于更好的回收和分配内存，可以细分为：新生代和老年代
• 栈
  1. 可通过由-Xss设置
  2. 栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
  3. 每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储 局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口
     • 局部变量表：32位变量槽，存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型。
     • 操作数栈：基于栈的执行引擎，虚拟机把操作数栈作为它的工作区，大多数指令都要从这里弹出数据、执行运算，然后把结果压回操作数栈。
     • 动态连接：每个栈帧都包含一个指向运行时常量池（方法区的一部分）中该栈帧所属方法的引用。持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件的常量池中有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用，这种转化称为静态解析。另一部分将在每一次的运行期间转化为直接应用，这部分称为动态连接
     • 方法出口：返回方法被调用的位置，恢复上层方法的局部变量和操作数栈，如果无返回值，则把它压入调用者的操作数栈
  4. 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配
  5. 在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。主要存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用
  6. 如果线程请求的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常
  7. 如果虚拟机栈动态扩展，而扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常
  8. 本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
• 方法区
  1. 可通过参数 -XX:MaxPermSize设置
  2. 线程共享内存区域，用于储存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，即编译器编译后的代码，方法区也称持久代（Permanent Generation）
  3. 方法区主要存放java类定义信息，与垃圾回收关系不大，方法区可以选择不实现垃圾回收,但不是没有垃圾回收。
  4. 方法区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
  5. 运行时常量池，也是方法区的一部分，虚拟机加载Class后把常量池中的数据放入运行时常量池
     • JDK1.6之前字符串常量池位于方法区之中。 JDK1.7字符串常量池已经被挪到堆之中。
     • 常量池（Constant Pool）：常量池数据编译期被确定，是Class文件中的一部分。存储了类、方法、接口等中的常量，当然也包括字符串常量。
     • 所有线程共享。虚拟机加载Class后把常量池中的数据放入到运行时常量池

• 直接内存
  1. 可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆的最大值（-Xmx指定）一样。
  2. 堆外内存，全局共享
  3. **分配内存较慢 不适合频繁申请释放内存 allocate/allocateDirect **
• 堆和栈区别
  1. 堆存放实例对象等，所有线程共享，有垃圾回收。
  2. 栈存放局部变量 线程私有 生命周期与线程相同

Java内存模型

• 内存可见性
  1. 一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到

• 重排序
  1. 代码书写的顺序与实际执行的顺序不同，指令重排序时编译器或处理器为了提高程序性能能做的优化

• 顺序一致性

• volatile
  1. volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中重读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫线程将最近的值刷新到主内存。这样任何时刻，不同线程总能看到该变量的最新值。 volatile不能保证volatile变量复合操作的原子性
  2. synchronized和volatile比较
     • volatile 不需要加锁，比synchronized更轻量级，不会阻塞线程。
     • 从内存可见性角度，volatile读相当于加锁，volatile写相当于解锁
     • synchronized既能保证可见性，又能保证原子性，而volatile只能保证可见性，无法保证原子性
  3. 使用
     • 对变量的写入操作不依赖其当前值 不满足:number++、count = count5 等 满足 : boolean 变量、记录温度变化的变量等*
     • 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中 不满足:不变式 low < up

• 锁

• final
  1. 在Java里则不是一种存储修饰符，不影响变量的存储种类。

垃圾回收

• 内存分配策略
  1. 见新生代 老年代
• 垃圾收集器（G1）
  1. http://ifeve.com/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3g1%E5%9E%83%E5%9C%BE%E6%94%B6%E9%9B%86%E5%99%A8/

• GC算法

  1. http://www.cnblogs.com/sunniest/p/4575144.html

• GC参数

• 对象存活的判定

  1. 强弱软虚引用

  ​

JVM参数及调优

1. https://blog.csdn.net/mrzhoug/article/details/51148302
2. http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html

Java对象模型

• oop-klass

  http://www.sczyh30.com/posts/Java/jvm-klass-oop

  **Ordinary Object Pointer ** 普通对象指针

  oop 表示对象的实例信息

  klass 包含元数据和方法信息

• 对象头
  1. JVM内部，一个Java对象在内存中的布局可以连续分成两部分：instanceOopDesc和实例数据。instanceOopDesc和arrayOopDesc又称为对象头。
  2. instanceOopDesc对象头包含两部分信息：Mark Word 和 元数据指针(Klass*)：
     • Mark Word：instanceOopDesc中的_mark成员，允许压缩。它用于存储对象的运行时记录信息，如哈希值、GC分代年龄(Age)、锁状态标志（偏向锁、轻量级锁、重量级锁）、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等
     • 元数据指针：instanceOopDesc中的_metadata成员，它是联合体，可以表示未压缩的Klass指针(_klass)和压缩的Klass指针。对应的klass指针指向一个存储类的元数据的Klass对象
  3. 执行new A()的时候，JVM native层里发生了什么。首先，如果这个类没有被加载过，JVM就会进行类的加载，并在JVM内部创建一个instanceKlass对象表示这个类的运行时元数据（相当于Java层的Class对象）。到初始化的时候（执行invokespecial A::<init>），JVM就会创建一个instanceOopDesc对象表示这个对象的实例，然后进行Mark Word的填充，将元数据指针指向Klass对象，并填充实例变量。

HotSpot

• 即时编译器

  1. JTT

     https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-just-in-time/index.html
     

     image-20180412215736639.png

• 编译优化

  1. https://blog.csdn.net/shengzhu1/article/details/73281722

类加载机制

• classLoader

  image-20180412223508885.png

• 类加载过程

• 双亲委派（破坏双亲委派）

  1. 某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

     http://www.cnblogs.com/lanxuezaipiao/p/4138511.html

  2. 继承ClassLoader类，还要重写loadClass和findClass方法

     https://blog.csdn.net/wangyangzhizhou/article/details/51787377

• 模块化（jboss modules、osgi、jigsaw）

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  ​

虚拟机性能监控与故障处理工具

• jps

  JVM Process Status Tool ,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程

• jstack

  Stack Trace for Java ，显示虚拟机的线程快照

  https://blog.csdn.net/roy_70/article/details/78021551

• jmap

  Memory Map for Java,生成虚拟机的内存转储快照

  https://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/6411953

• jstat

  JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据

  https://blog.csdn.net/zlzlei/article/details/46471627

• jconsole

  Java监视与管理控制台

  https://www.jianshu.com/p/290489f0a495

• jinfo

  Configuration Info For Java,显示虚拟机配置信息

  https://www.jianshu.com/p/c321d0808a1b

• jhat

  JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP、HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果

  http://www.importnew.com/18236.html

• javap

  JDK自带的反汇编器，可以查看java编译器为我们生成的字节码

  http://www.hollischuang.com/archives/1107

• btrace

  一个可以对 JAVA 进行安全、动态追踪的工具
  https://www.jianshu.com/p/dbb3a8b5c92f

• TProfiler

  https://github.com/alibaba/TProfiler

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编译与反编译

• javac

  将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于Java虚拟机的字节码。

• jad

  反编译工具

• CRF