JAVA面试精髓(进阶篇)

JVM内存

JVM内存空间包含:方法区、java堆、java栈、本地方法栈。

方法区:是各个线程共享的区域,存放类信息、常量、静态变量。

java堆:也是线程共享的区域,我们的类的实例就放在这个区域,可以想象你的一个系统会产生很多实例,因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了,程序会抛出OutOfMemoryError异常。

java栈:是每个线程私有的区域,它的生命周期与线程相同,一个线程对应一个java栈,每执行一个方法就会往栈中压入一个元素,这个元素叫“栈帧”,而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈,这里面有很多细节,我们以后再讲。如果java栈空间不足了,程序会抛出StackOverflowError异常,想一想什么情况下会容易产生这个错误,对,递归,递归如果深度很深,就会执行大量的方法,方法越多java栈的占用空间越大。

本地方法栈:角色和java栈类似,只不过它是用来表示执行本地方法的,本地方法栈存放的方法调用本地方法接口,最终调用本地方法库,实现与操作系统、硬件交互的目的。

PC寄存器:说到这里我们的类已经加载了,实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方,那么问题来了,程序该怎么执行,哪个方法先执行,哪个方法后执行,这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管,它的作用就是控制程序指令的执行顺序。

执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序,依次执行程序指令。

类的加载过程

原理:加载,验证,准备,解析,初始化

1、加载
简单的说,类加载阶段就是由类加载器负责根据一个类的全限定名来读取此类的二进制字节流到JVM内部,并存储在运行时内存区的方法区,然后将其转换为一个与目标类型对应的java.lang.Class对象实例(Java虚拟机规范并没有明确要求一定要存储在堆区中,只是hotspot选择将Class对戏那个存储在方法区中),这个Class对象在日后就会作为方法区中该类的各种数据的访问入口。
链接
链接阶段要做的是将加载到JVM中的二进制字节流的类数据信息合并到JVM的运行时状态中,经由验证、准备和解析三个阶段。


2、验证
验证类数据信息是否符合JVM规范,是否是一个有效的字节码文件,验证内容涵盖了类数据信息的格式验证、语义分析、操作验证等。
格式验证:验证是否符合class文件规范
语义验证:检查一个被标记为final的类型是否包含子类;检查一个类中的final方法视频被子类进行重写;确保父类和子类之间没有不兼容的一些方法声明(比如方法签名相同,但方法的返回值不同)
操作验证:在操作数栈中的数据必须进行正确的操作,对常量池中的各种符号引用执行验证(通常在解析阶段执行,检查是否通过富豪引用中描述的全限定名定位到指定类型上,以及类成员信息的访问修饰符是否允许访问等)

3、准备
为类中的所有静态变量分配内存空间,并为其设置一个初始值(由于还没有产生对象,实例变量不在此操作范围内)
被final修饰的静态变量,会直接赋予原值;类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性,则在准备阶段,其值就是ConstantValue的值


4、解析
将常量池中的符号引用转为直接引用(得到类或者字段、方法在内存中的指针或者偏移量,以便直接调用该方法),这个可以在初始化之后再执行。
可以认为是一些静态绑定的会被解析,动态绑定则只会在运行是进行解析;静态绑定包括一些final方法(不可以重写),static方法(只会属于当前类),构造器(不会被重写)


5、初始化
将一个类中所有被static关键字标识的代码统一执行一遍,如果执行的是静态变量,那么就会使用用户指定的值覆盖之前在准备阶段设置的初始值;如果执行的是static代码块,那么在初始化阶段,JVM就会执行static代码块中定义的所有操作。
所有类变量初始化语句和静态代码块都会在编译时被前端编译器放在收集器里头,存放到一个特殊的方法中,这个方法就是<clinit>方法,即类/接口初始化方法。该方法的作用就是初始化一个中的变量,使用用户指定的值覆盖之前在准备阶段里设定的初始值。任何invoke之类的字节码都无法调用<clinit>方法,因为该方法只能在类加载的过程中由JVM调用。
如果父类还没有被初始化,那么优先对父类初始化,但在<clinit>方法内部不会显示调用父类的<clinit>方法,由JVM负责保证一个类的<clinit>方法执行之前,它的父类<clinit>方法已经被执行。
JVM必须确保一个类在初始化的过程中,如果是多线程需要同时初始化它,仅仅只能允许其中一个线程对其执行初始化操作,其余线程必须等待,只有在活动线程执行完对类的初始化操作之后,才会通知正在等待的其他线程。

类的加载顺序

类的加载顺序:
Class B:
public class B{
//静态变量    
static int i=1;
//静态语句块
static {
    System.out.println("Class B1:static blocks"+i);
}
//非静态变量
int j=1;
//静态语句块
static{
    i++;
    System.out.println("Class B2:static blocks"+i);
}
//构造函数
public B(){
    i++;
    j++;
    System.out.println("constructor B: "+"i="+i+",j="+j);
}
//非静态语句块
{
  i++;
  j++;
  System.out.println("Class B:common blocks"+"i="+i+",j="+j);
}
//非静态方法
public void bDisplay(){
    i++;
    System.out.println("Class B:static void bDisplay():    "+"i="+i+",j="+j);
    return ;
}
//静态方法
public static void bTest(){
    i++;
    System.out.println("Class B:static void bTest():    "+"i="+i);
    return ;
}
}
--------------------------------------------------------
Class A:
public class A extends B{
//静态变量    
static int i=1;
//静态语句块
static {
    System.out.println("Class A1:static blocks"+i);
}
//非静态变量
int j=1;
//静态语句块
static{
    i++;
    System.out.println("Class A2:static blocks"+i);
}
//构造函数
public A(){
      super();
    i++;
    j++;
    System.out.println("constructor A: "+"i="+i+",j="+j);
}
//非静态语句块
{
  i++;
  j++;
  System.out.println("Class A:common blocks"+"i="+i+",j="+j);
}
//非静态方法
public void aDisplay(){
    i++;
    System.out.println("Class A:static void aDisplay():    "+"i="+i+",j="+j);
    return ;
}
//静态方法
public static void aTest(){
    i++;
    System.out.println("Class A:static void aTest():    "+"i="+i);
    return ;
}
}
答:Class B1:static blocks1
   Class B1:static blocks2
   Class A1:static blocks1
   Class A1:static blocks2
Class B:common blocksi=3,j=2
constructor B:i=4,j=3
Class A:common blocksi=3,j=2
constructor A:i=4,j=3
calss A:static void aDisplay<>:i=5,j=3


1.若要加载类A,则先加载执行其父类B(Object)的静态变量以及静态语句块(执行先后顺序按排列的先后顺序)。
2.然后再加载执行类A的静态变量以及静态语句块。(并且1、2步骤只会执行1次)
3.若需实例化类A,则先调用其父类B的构造函数,并且在调用其父类B的构造函数前,依次先调用父类B中的非静态变量及非静态语句块.最后再调用父类B中的构造函数初始化。
4.然后再依次调用类A中的非静态变量及非静态语句块.最后调用A中的构造函数初始化。( 并且3、4步骤可以重复执行)
5.而对于静态方法和非静态方法都是被动调用,即系统不会自动调用执行,所以用户没有调用时都不执行,主要区别在于静态方法可以直接用类名直接调用(实例化对象也可以),而非静态方法只能先实例化对象后才能调用。

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