JVM面试题集合（一）

jvm包含哪几个部分？

JVM 主要由四大部分组成：ClassLoader（类加载器），Runtime Data Area（运行时数据区，内存分区），Execution Engine（执行引擎），Native Interface（本地库接口）

下图可以大致描述 JVM 的结构

JVM 是执行 Java 程序的虚拟计算机系统，执行过程：

首先需要准备好编译好的 Java 字节码文件（即class文件），计算机要运行程序需要先通过一定方式（类加载器）将 class 文件加载到内存中（运行时数据区），但是字节码文件是JVM定义的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解释器（执行引擎）将字节码翻译成特定的操作系统指令集交给 CPU 去执行，这个过程中会需要调用到一些不同语言为 Java 提供的接口（例如驱动、地图制作等），这就用到了本地 Native 接口（本地库接口）。

• ClassLoader：负责加载字节码文件即 class 文件，class 文件在文件开头有特定的文件标示，并且 ClassLoader 只负责class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。

• Runtime Data Area：是存放数据的，分为五部分：Stack（虚拟机栈），Heap（堆），Method Area（方法区），PC Register（程序计数器），Native Method Stack（本地方法栈）。几乎所有的关于 Java 内存方面的问题，都是集中在这块。

• Execution Engine：执行引擎，也叫 Interpreter。Class 文件被加载后，会把指令和数据信息放入内存中，Execution Engine 则负责把这些命令解释给操作系统，即将 JVM 指令集翻译为操作系统指令集。

• Native Interface：负责调用本地接口的。他的作用是调用不同语言的接口给 JAVA 用，他会在 Native Method Stack 中记录对应的本地方法，然后调用该方法时就通过 Execution Engine 加载对应的本地 lib。原本多用于一些专业领域，如JAVA驱动，地图制作引擎等，现在关于这种本地方法接口的调用已经被类似于Socket通信，WebService等方式取代。

 JVM是如何运行的？

1.jvm的装入和配置

2.装载jvm

3.初始化JVM，获得本地调用接口

4.运行Java程序

Java程序是怎么运行的？

写好的 Java 源代码文件经过 Java 编译器编译成字节码文件后，通过类加载器加载到内存中，才能被实例化，然后到 Java 虚拟机中解释执行，最后通过操作系统操作 CPU 执行获取结果

jre是什么？

JRE（Java Runtime Environment）是Java应用程序的运行环境，它是Java开发工具包（JDK）中的一个组成部分。JRE包含了Java虚拟机（JVM），以及用于执行Java程序所必需的类库和其他支持文件。

与JDK不同，JRE不包含Java开发工具，它只提供了运行Java程序所需的组件。因此，如果只是想运行Java程序而不是进行Java开发，那么只需要安装JRE就可以了。

运行时数据区的五大部分?

1. Stack（虚拟机栈）：每个线程在Java虚拟机中都有一个私有的栈，用于存储方法调用的局部变量、操作数栈、返回值和异常处理信息。每当一个方法被调用时，一个新的栈帧会被压入该线程的虚拟机栈中，栈帧包含了该方法的局部变量、操作数栈、返回地址等信息。当该方法执行完毕时，对应的栈帧会被弹出栈，控制权返回到调用该方法的方法中。

2. Heap（堆）：堆是Java虚拟机中所有线程共享的内存区域，用于存储动态分配的对象和数组。当程序需要创建一个对象时，Java虚拟机会在堆中分配一块足够大的空间来存储该对象，对象在堆中的位置由Java虚拟机自动管理。

3. Method Area（方法区）：方法区也是所有线程共享的内存区域，用于存储类的信息、静态变量、常量池等数据。在方法区中，每个类都有一个运行时常量池，用于存储字面量和符号引用，包括类、方法、字段等。方法区还包括Java虚拟机加载的所有类的代码、类的静态变量、类的字节码等信息。

4. PC Register（程序计数器）：程序计数器是一块较小的内存区域，用于记录线程正在执行的Java虚拟机字节码指令的地址。每个线程都有自己的程序计数器，并且在任何时候只有一个方法正在被执行，程序计数器就指向该方法的下一条指令。

5. Native Method Stack（本地方法栈）：本地方法栈与虚拟机栈类似，但是它存储的是Java虚拟机调用本地方法（使用非Java语言编写的方法）时的相关信息。和虚拟机栈一样，每当一个本地方法被调用时，一个新的栈帧就会被压入本地方法栈中，当该方法执行完毕时，对应的栈帧也会被弹出栈。

本地方法栈有什么用？

没有程序计数器，Java程序中的流程控制将无法得到正确的控制，多线程也无法正确的轮换。

类存放在哪里？

在Java虚拟机中，类的字节码以及类的相关信息存放在方法区或永久代（Permanent Generation，JDK7及之前版本）中。

局部变量存放在哪里？

局部变量存放在Java虚拟机栈中，每个线程在Java虚拟机栈中都有一个私有的栈帧（Stack Frame），用于存储方法调用的局部变量、操作数栈、返回值和异常处理信息。

介绍一下Java代码的编译过程

1. 准备过程：初始化插入式注解处理器。

2. 解析与填充符号表：

   • 词法、语法分析，将源代码的字符流转变为标记集合，构造出抽象语法树。

   • 填充符号表，产生符号地址和符号信息。

3. 插入式注解处理器的注解处理：

   在Javac源码中，插入式注解处理器的初始化过程是在initPorcessAnnotations()方法中完成的，而它的执行过程则是在processAnnotations()方法中完成。这个方法会判断是否还有新的注解处理器需要执行，如果有的话，通过JavacProcessing-Environment类的doProcessing()方法来生成一个新的JavaCompiler对象，对编译的后续步骤进行处理。

4. 分析与字节码生成：

   • 标注检查，对语法的静态信息进行检查。

   • 数据流及控制流分析，对程序动态运行过程进行检查。

   • 解语法糖，将简化代码编写的语法糖还原为原有的形式。

   • 字节码生成，将前面各个步骤所生成的信息转化成字节码。

注意：注解处理中又可能会产生新的符号，如果有新的符号产生，就必须转回到之前的解析、填充符号表的过程中重新处理这些新符号

  

介绍一下类加载的过程

加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载

 介绍一下对象的实例化过程

1. 加载类：Java虚拟机会首先加载该类的字节码，并在方法区中创建一个运行时数据结构，用于存储该类的所有信息，包括类的名称、方法信息、字段信息等。

2. 分配内存：Java虚拟机在堆（Heap）中为该类的对象分配内存空间。堆是Java虚拟机中所有线程共享的内存区域，用于存储对象实例。

3. 初始化零值：Java虚拟机会对新分配的内存空间进行零值初始化。基本类型变量会被初始化为0，而引用类型变量会被初始化为null。

4. 执行构造函数：Java虚拟机调用该类的构造函数，初始化该对象的所有属性。构造函数是一个特殊的方法，用于初始化对象实例。

5. 返回对象引用：对象初始化完成后，Java虚拟机返回该对象的引用，该引用可以被赋值给一个变量，或作为参数传递给方法等。

元空间在栈内还是栈外？

在栈外，元空间占用的是本地内存。

谈谈JVM的类加载器，以及双亲委派模型

Java虚拟机（JVM）的类加载器（ClassLoader）负责将Java类文件加载到JVM中，使得这些类能够被JVM使用。在Java中，类加载器主要分为三种类型：启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用程序类加载器（Application ClassLoader）

启动类加载器负责加载JVM自身需要的基础类库，如java.lang、java.util等。扩展类加载器负责加载JVM扩展的类库，如JDBC驱动程序等。应用程序类加载器负责加载应用程序的类和资源文件。除了这三种标准类加载器外，开发者还可以自定义类加载器来满足特定需求，如热部署等。

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器。

其工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。 

这种委派模型的好处是可以避免重复加载类，使得Java应用程序的类加载更加高效和安全。

介绍一下Java的垃圾回收机制

定义哪些内存需要回收：

在Java内存运行时区域的各个部分中，堆和方法区这两个区域则有着很显著的不确定性：一个接口的多个实现类需要的内存可能会不一样，一个方法所执行的不同条件分支所需要的内存也可能不一样，只有处于运行期间，我们才能知道程序究竟会创建哪些对象，创建多少个对象，这部分内存的分配和回收是动态的。垃圾收集器所关注的正是这部分内存该如何管理

定义垃圾

1.引用计数算法

在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。

2.可达性分析算法

通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。 

回收垃圾的方法

分代收集理论：

它建立在两个分代假说之上：

1. 弱分代假说（Weak Generational Hypothesis）：绝大多数对象都是朝生夕灭的。

2. 强分代假说（Strong Generational Hypothesis）：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。

收集器应该将Java堆划分出不同的区域，然后将回收对象依据其年龄分配到不同的区域之中存储

1.标记清除算法：

最早出现也是最基础的垃圾收集算法是“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象，也可以反过来，标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象。

但是如果可回收对象很多的话会产生大量时间开销。

2.标记复制算法

为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题，将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉

3.标记整理算法

标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存

JVM中一次完整的GC流程是怎样的？

ParNew 垃圾回收器，它按照 8:1:1 将新生代分成 Eden 区，以及两个 Survivor 区。某一时刻，我们创建的对象将 Eden 区全部挤满，这个对象就是挤满新生代的最后一个对象。此时，Minor GC 就触发了。

在正式 Minor GC 前，JVM 会先检查新生代中对象，是比老年代中剩余空间大还是小。

1. 老年代剩余空间大于新生代中的对象大小，那就直接Minor GC，GC完survivor不够放，老年代也绝对够放；

2. 老年代剩余空间小于新生代中的对象大小，这个时候就要查看是否启用了“老年代空间分配担保规则”。

   老年代中剩余空间大小，大于历次Minor GC之后剩余对象的大小，进行 Minor GC；

   老年代中剩余空间大小，小于历次Minor GC之后剩余对象的大小，进行Full GC，把老年代空出来再检查。

开启老年代空间分配担保规则只能说是大概率上来说，Minor GC 剩余后的对象够放到老年代，所以当然也会有万一，Minor GC 后会有这样三种情况：

1. Minor GC 之后的对象足够放到 Survivor 区，皆大欢喜，GC 结束；

2. Minor GC 之后的对象不够放到 Survivor 区，接着进入到老年代，老年代能放下，那也可以，GC 结束；

3. Minor GC 之后的对象不够放到 Survivor 区，老年代也放不下，那就只能 Full GC。

Full GC会导致什么？

Full GC会“Stop The World”，即在GC期间全程暂停用户的应用程序。