（Java實習生）每日10道面試題打卡——JVM篇

臨近秋招，備戰暑期實習，祝大家每天進步億點點！==打卡 Day06==!

有粉絲大佬要求更新有難度的，所以本篇總結的是 JVM 相關的面試題，后續會每日更新~

注：JVM 比較枯燥，直接刷題前，最好先去串一遍 JVM 課程，這里推薦傳智播客的 JVM 教程：黑馬程序員JVM教程筆記完整目錄


1、請你簡述一下 Java 內存結構（運行時數據區）

如圖所示：

① 程序計數器

程序計數器：==線程私有==。一塊較小的內存空間，程序計數器用于保存 JVM 中下一條所要執行的字節碼指令的地址！如果正在執行的是 Native 方法，則這個計數器值則為空。程序計數器在硬件層面是通過 寄存器 實現的！

Java指令執行流程：

.java代碼源文件經過編譯為.class 二進制字節碼文件。

.class 文件中的每一條二進制字節碼指令(JVM指令) 通過 解釋器 轉換成 機器碼 然后就可以被 CPU 執行了！

當 解釋器 將一條 jvm 指令轉換成 機器碼 后，同時會向程序計數器 遞交下一條 jvm 指令的執行地址！

如圖所示：

② 虛擬機棧

虛擬機棧：==線程私有==，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧是Java方法執行的內存模型，每個方法在執行的同時都會創建一個棧幀用于存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法從被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

每個棧由多個棧幀(Frame) 組成，對應著每個方法運行時所占用的內存。

每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的方法，當方法執行時壓入棧，方法執行完畢后彈出棧。

方法體中的引用變量和基本類型的變量都在棧上，其他都在堆上。

實例代碼：

/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/11/10/11:36 * @Description: 演示棧幀 */ public class Demo01 { public static void main(String[] args) { methodA(); } private static void methodA() { methodB(1, 2); } private static int methodB(int a, int b) { int c = a + b; return c; } }

流程分析：

我們打斷點來Debug 一下看一下方法執行的流程：

接這往下走，使方法B執行完畢：

然后方法A 執行完畢，其對應的棧幀出棧，main 方法對應的棧幀為活動棧幀；最后main執行完畢，棧幀出棧，虛擬機棧為空，代碼運行結束！

③ 本地方法棧

本地方法棧：==線程私有==。本地方法棧與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，它們之間的區別不過是虛擬機棧為虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的 Native 方法服務。

一些帶有native 關鍵字修飾的方法就是需要JAVA去調用本地的C或者C++方法，因為JAVA有時候沒法直接和操作系統底層交互，所以需要用到本地方法！

④ 堆

堆：==線程共享==。Java堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊，是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建。Java堆的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內存。

通過new關鍵字創建的對象都會被放在堆內存。

方法體中的引用變量和基本類型的變量都在棧上，其他都在堆上。

Java 堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC 堆”（Garbage）。

-Xmx -Xms：JVM初始分配的堆內存由-Xms指定，默認是物理內存的1/64。

⑤ 方法區

方法區：==線程共享==。方法區用于存儲已被虛擬機加載的 *類信息（構造方法、接口定義）、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼（字節碼）*等數據。

方法區在 JVM 啟動的時候被創建，并且它的實際的物理內存空間和 Java堆一樣都可以是不連續的， 關閉 Jvm 就會釋放這個區域的內存。

方法區的大小決定了系統可以保存多少個類，如果系統定義了太多的類，導致方法區溢出，虛擬機同樣會拋出內存溢出錯誤：(java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space、java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace)。

注意：方法區時一種規范，而==永久代和元空間==是它的2種實現方式。

方法區的演進：

1.6 版本方法區是由 永久代 實現(使用堆內存的一部分作為方法區)，且由JVM 管理。由Class、ClassLoader、常量池(包括StringTable) 組成。

Jdk 1.7 版本仍有永久代，但已經逐步 " 去永久代 "，StringTable、靜態變量從永久代移除，保存在堆中。

1.8 版本后，方法區交給本地內存管理，而脫離了JVM，由元空間實現(元空間不再使用堆的內存，而是使用本地內存，即操作系統的內存)，由Class、ClassLoader、常量池(StringTable 被移到了堆中管理) 組成。

⑥ 運行時常量池

常量池：可以看做是一張表，虛擬機指令根據這張常量表找到要執行的 類名，方法名，參數類型、字面量 等信息。

常量池是*.class文件中的，當該類被加載以后，它的常量池信息就會放入運行時常量池，并把里面的符號地址變為真實內存地址。

運行時常量池：是方法區的一部分。

String str = new String("hello");

上面的語句中變量 str 放在棧上，用 new 創建出來的字符串對象放在堆上，而hello這個字面量是放在堆中。

2、請問jvm垃圾回收是否涉及棧內存？

不需要。因為虛擬機棧中是由一個個棧幀組成的，在方法執行完畢后，對應的棧幀就會被彈出棧。所以無需通過垃圾回收機制去回收內存。

3、虛擬機棧內存的分配越大越好嗎？

不是。因為物理內存是一定的，棧內存越大，可以支持更多的遞歸調用，但是可執行的線程數就會越少。

我們來看一張圖：

舉例：如果物理內存是500M(假設)，如果一個線程所能分配的棧內存為2M的話，那么可以有250個線程。而如果一個線程分配棧內存占5M的話，那么最多只能有100 個線程同時執行！

4、從JVM的角度分析，方法內的局部變量是否是線程安全的？

我們通過兩張圖去分析一下：

情況一：

情況二：

從圖中得出：局部變量如果是靜態的可以被多個線程共享，那么就存在線程安全問題。如果是非靜態的只存在于某個方法作用范圍內，被線程私有，那么就是線程安全的！

再來看一個案例：

/** * 局部變量的線程安全問題 */ public class Demo02 { public static void main(String[] args) {// main 函數主線程 StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(4); sb.append(5); sb.append(6); new Thread(() -> {// Thread新創建的線程 m2(sb); }).start(); } public static void m1() { // sb 作為方法m1()內部的局部變量，是線程私有的 ---> 線程安全 StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); } public static void m2(StringBuilder sb) { // sb 作為方法m2()外部的傳遞來的參數，sb 不在方法m2()的作用范圍內 // 不是線程私有的 ---> 非線程安全 sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); } public static StringBuilder m3() { // sb 作為方法m3()內部的局部變量，是線程私有的 StringBuilder sb = new StringBuilder();// sb 為引用類型的變量 sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); return sb;// 然而方法m3()將sb返回，sb逃離了方法m3()的作用范圍，且sb是引用類型的變量 // 其他線程也可以拿到該變量的 ---> 非線程安全 // 如果sb是非引用類型，即基本類型(int/char/float...)變量的話，逃離m3()作用范圍后，則不會存在線程安全 } }

所以，該面試題答案是：

如果方法內局部變量沒有逃離方法的作用范圍，則是線程安全的。

如果局部變量引用了對象，并逃離了方法的作用范圍，則需要考慮線程安全問題。

5、虛擬機棧內存溢出的情況有哪些？

1.虛擬機棧中，棧幀過多（方法無限遞歸）導致棧內存溢出，這種情況比較常見！

2.每個棧幀所占用內存過大(某個/某幾個棧幀內存直接超過虛擬機棧最大內存)，這種情況比較少見！

如圖所示，就是棧中棧幀過多的情況：

6、請你說一下JVM運行時數據區方法區的演進？

1.6 版本方法區是由永久代實現(使用堆內存的一部分作為方法區)，且由JVM 管理。由Class、ClassLoader、常量池(包括StringTable) 組成。

靜態變量就存放在永久代(方法區)上。

Jdk 1.7 版本仍有永久代，但已經逐步 " 去永久代 "，StringTable、靜態變量從永久代移除，保存在堆中。

1.8 版本后，方法區交給本地內存管理，而脫離了JVM，由元空間實現(元空間不再使用堆的內存，而是使用本地內存，即操作系統的內存)，由Class、ClassLoader、常量池(StringTable 被移到了堆中管理) 組成。

靜態變量、StringTable 存放在堆中！

為什么要用元空間取代永久代？

因為永久代有以下幾個弊端：

① 字符串常量池存在于永久代中，在大量使用字符串的情況下，非常容易出現OOM的異常。

② JVM加載的class的總數，方法的大小等都很難確定，因此對永久代大小的指定難以確定。太小的永久代容易導致永久代內存溢出，太大的永久代則容易導致虛擬機內存緊張，空間浪費。

③ 永久代進行調優很困難：方法區的垃圾收集主要回收兩部分，常量池中廢棄的常量和不再使用的類。而不再使用的類或類的加載器回收比較復雜，FULL GC 的時間長。

7、請問Java虛擬機中有哪些類加載器？

以 JDK 8 為例：

類加載器的優先級（由高到低）：啟動類加載器 -> 擴展類加載器 -> 應用程序類加載器 -> 自定義類加載器。

**啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：**這個類加載器負責將存放在 JAVA_HOME/jre/lib 目錄中的，或者被-Xbootclasspath 參數所指定的路徑中的，并且是虛擬機識別的（僅按照文件名識別，如rt.jar，名字不符合的類庫即使放在lib目錄中也不會被加載）類庫加載到虛擬機內存中。

**擴展類加載器（Extension ClassLoader）：**這個加載器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 實現，它負責加載JAVA_HOME/jre/lib/ext目錄中的，或者被 java.ext.dirs 系統變量所指定的路徑中的所有類庫，開發者可以直接使用擴展類加載器。

**應用程序類加載器（Application ClassLoader）：**這個類加載器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 實現。由于這個類加載器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也稱它為系統類加載器。它負責加載用戶類路徑（ClassPath）上所指定的類庫，開發者可以直接使用這個類加載器，如果應用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認的類加載器。

**自定義類加載器：**用戶自定義的類加載器。

8、請你說一下類的加載的過程？

類加載的過程包括：加載、驗證、準備、解析、初始化。其中驗證、準備、解析統稱為連接。

加載：通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節流，在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象。

驗證：確保 Class 文件的字節流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身的安全。

準備：為靜態變量分配內存并設置靜態變量初始值，這里所說的初始值“通常情況”下是數據類型的零值。

解析：將常量池內的符號引用替換為直接引用。

初始化：到了初始化階段，才真正開始執行類中定義的 Java 初始化程序代碼。主要是靜態變量賦值動作和靜態語句塊（static{}）中的語句。

9、請你說一下什么是雙親委派模型？

如圖所示：

什么是雙親委派模型？

如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應該傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當父加載器反饋自己無法完成這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載。

為什么要使用雙親委派模型呢？（好處）

避免重復加載 + 避免核心類篡改

采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關系，通過這種層級關可以避免類的重復加載，當父加載器已經加載了該類時，就沒有必要子加載器再加載一次。

其次是考慮到安全因素，java 核心 api 中定義類型不會被隨意替換，假設通過網絡傳遞一個名為 java.lang.Integer 的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器在核心Java API發現這個名字的類，發現該類已被加載，并不會重新加載網絡傳遞的過來的 java.lang.Integer，而直接返回已加載過的 Integer.class，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改。

10、說一下虛擬機棧和堆的區別？

① 物理地址方面的區別：

堆 的物理地址分配對對象是不連續的。因此性能慢些。

虛擬機棧 使用的是數據結構中的棧，先進后出的原則，物理地址分配是連續的。所以性能快。

② 內存分配方面的區別：

堆 因為是不連續的，所以分配的內存是在運行期確認的，因此大小不固定。一般堆大小遠遠大于虛擬機棧。

虛擬機棧 是連續的，所以分配的內存大小要在編譯期就確認，大小是固定的。

③ 存放的內容方面的區別：

堆 存放的是對象的實例和數組。因此該區更關注的是數據的存儲。

虛擬機棧 存放的是局部變量，操作數棧，返回結果。該區更關注的是程序方法的執行。

注：靜態變量放在方法區，而靜態的對象還是放在堆。

④ 線程共享方面的區別：

堆 對于整個應用程序都是共享、可見的。

虛擬機棧 只對于線程是可見的。所以也是線程私有。他的生命周期和線程相同。

參考文章：

JVM_01 內存結構(程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧)

JVM_02-03 內存結構(堆、方法區)

JVM_11 類加載與字節碼技術 (類加載與類的加載器)

總結的面試題也挺費時間的，文章會不定時更新，有時候一天多更新幾篇，如果幫助您復習鞏固了知識點，還請三連支持一下，后續會億點點的更新！

Java JVM 任務調度

版權聲明：本文內容由網絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發現本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網站將在24小時內刪除侵權內容。