Java面试题冲刺第二十一天–JVM-Java开发

JVM（Java Virtual Machine）即Java虚拟机，是Java语言的运行环境，负责将Java字节码文件转换为机器指令执行。

Java面试题冲刺第二十一天--JVM

一、了解JVM

1. JVM的概念

JVM（Java Virtual Machine）即Java虚拟机，是Java语言的运行环境，负责将Java字节码文件转换为机器指令执行。

2. JVM的内部结构

JVM的内部结构分为三个部分：类加载器，运行时数据区，执行引擎。

2.1 类加载器

用来加载类文件，包括如下几种类型：

Bootstrap ClassLoader：启动类加载器，用来加载JVM自身的类，在Classpath中找不到。
Extension ClassLoader：扩展类加载器，用来加载JRE中的类库，在Classpath中找不到。
System/Application ClassLoader：系统类加载器，用来加载应用程序中的类，在Classpath中找到。

2.2 运行时数据区

JVM运行时数据区分为如下几个部分：

程序计数器：当前线程执行的字节码的行号记录器。
Java虚拟机栈：每个线程独享一块区域，用来存储方法执行过程中的局部变量、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。
本地方法栈：用来执行本地方法的调用，如C语言代码等。
Java堆：存储Java对象的区域，由新生代和老年代两个子区域组成。
方法区：用来存储已加载的类信息、常量、静态变量等等。

2.3 执行引擎

执行引擎是JVM的最核心的部分，它负责将字节码转换为机器指令执行。

二、JVM的垃圾回收

1. 垃圾回收的概念

垃圾回收就是在程序运行过程中，GC（Garbage Collector，垃圾回收器）自动释放已经不再需要的内存。

2. 垃圾回收算法

目前主流的垃圾回收算法包括如下几种：

标记-清除算法：先标记所有需要回收的对象，再统一进行回收。
复制算法：将内存分为两个区域，每次使用其中一个区域，当这个区域使用完后，将存活的对象复制到另一个区域中。
标记-整理算法：在标记完成之后，将存活的对象向一端移动，然后在端点之后所有的空间全部释放。

3. 垃圾回收器

垃圾回收器的种类有很多，包括：

Serial收集器：单线程的独占式收集器，适合于小型程序。
ParNew收集器：Serial收集器的多线程版本，适合于多CPU的环境。
CMS收集器：并发标记清除收集器，支持低延迟的垃圾回收。
G1收集器：并发标记整理收集器，支持更大的堆，更高效的垃圾回收。

三、关于内存分配和回收

1. Java堆的内存划分

Java堆分为新生代和老年代两个区域，新生代又分为Eden区和Survivor区（From和To）。

2. 内存分配和回收策略

内存分配和回收策略有如下几种：

对象优先在Eden区分配，如果Eden区没有足够空间，则将存活的对象放进Survivor区，如果Survivor区满了，采用复制算法将存活对象复制到另一个Survivor区中，如果两个Survivor区都满了，则采用老年代进行分配。
大对象直接进入老年代，如一个大的数组或字符串等。
长期存活的对象将进入老年代，设置阈值参数，当对象在Survivor区中熬过了15轮，则将对象移动到老年代中。

3. 内存泄漏

内存泄漏是指程序中存在不能访问的对象，但是却仍然占用着内存，导致程序运行过程中内存耗尽。

四、示例说明

示例一

编写如下代码：

public void foo() {
    String str = "hello";
    System.out.println(str);
}

首先，JVM会在程序启动时加载java.lang.Object类，还会预先加载其他常用的类。

然后，JVM会在当前线程的Java虚拟机栈中压入一个栈帧，每个栈帧中包含了局部变量、操作数栈、调用者栈帧地址等信息。

在foo()方法执行到String str = "hello"语句时，JVM会在栈帧的局部变量表中分配一个String类型变量str，并将值设置为hello。

最后，在System.out.println(str)语句执行时，JVM会调用System.out对象的println()方法，并将str作为参数传递过去。

示例二

编写如下代码：

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, my name is " + name + ", and I am " + age + " years old.");
    }
}

在Java虚拟机中，会有一个类加载器，用来加载所有的类。

在程序执行到Person person = new Person("张三", 20)语句时，JVM会先检查是否已经加载了Person类，如果没有则使用类加载器加载该类。

当类被加载之后，JVM会在堆中分配一个内存区域作为Person类型变量的实例对象。这个区域包含了对象的所有属性值，如name和age等。

最后，当程序执行到person.sayHello()时，JVM会执行该方法，其中name和age属性值会作为参数传递到System.out.println()方法中，实现输出信息的功能。