Java虚拟机基础知识

之前老大让做一些外包面试,我的问题很简单:

介绍一下工作中解决过比较有意思的问题。

HashMap使用中需要注意的点。

第一个问题主要是想了解一下对方项目经验的含金量,第二个问题则是测试下是否知道一些细节,比如HashMap是线程不安全的、用HashMap来做缓存的话可能导致内存泄露等,自我感觉问题设计的还可以:D~ 但是看了其他同事的题目就泪崩了:

设计模式XXX

垃圾回收XXX

擦,怎么感觉这个问题我也不会。。。

虚拟机给人的感觉像是操作系统、编译器:非常高大上。但是Java程序就跑在上面,遇到问题还得去排查,性能不行还得去优化,基础的知识还是需要的!

内存管理

Java虚拟机在执行的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域,大致如下:

内存模型

各部分的功能如下:

区域功能
程序计数器   可以看做当前线程执行字节码的行号  
虚拟机栈   存放局部变量、操作栈等  
本地方法栈   与虚拟机栈类似,不过是服务于本地方法  
  存放对象  
方法区   存放类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等  
运行时常量池   编译时生成的各种字面量和符号使用  
直接内存   通过NIO分配的对外内存  

在内存管理部分比较大的一块内容是GC(垃圾回收),所谓垃圾回收就是将垃圾占用的内存回收掉。那么第一个问题:什么是垃圾?

引用计数算法:被引用次数为0的对象。

根搜索算法:从GC Roots沿着引用找不到的对象。

这里都提到了引用,在JDK 1.2之后Java就已经对引用的概念进行了扩充,那么第二个问题:有哪些类型的引用?

强引用:Object o = new Object()这种都是强引用。

弱引用:还有用但非必须的,在OOM之前被回收。

软引用:更弱的引用,在下次GC的时候被回收。

虚引用:最弱的,唯一的作用是在对象被回收的时候可以收到通知。

这里只有强引用才能对对象的生命周期造成影响。在虚拟机发展的过程中进化出不少垃圾回收算法,比如:

标记-清除算法

复制算法

标记-整理算法

分代收集算法

在实际中用到的回收器都是这几种算法的组合,比如从VisualVM中看到的内存是这样的(需要明白各部分都是怎样互相配合的):

分代回收

整体上来看是分代收集算法,而S0、S1这两部分可以看做是标记-整理算法。那么第三个问题:常见的CMS垃圾回收器的执行流程是怎样的?

初始标记:GC Roots直接关联的对象。

并发标记:Root Tracing。

重新标记:修复由于程序运行导致标记产生变动。

并发清除

具体如下图所示:

CMS执行流程

可以看到只有在初始标记和重新标记的时候才需要Stop The World,其他都是和用户线程一起执行,不要以为这就完美了,并行执行的过程会消耗掉一些CPU资源。

代码执行

把Java源码丢给JVM肯定是不能执行的,需要先用javac编译成class文件才行,那么第一个问题:class文件的结构是怎样的?

常量池

访问标志

类索引、父类索引和接口索引

字段表

方法表

属性表

虚拟机规范并没有规定在什么时候要加载类,但是规定了在遇到new、反射、父类、Main的时候需要初始化完成。整个类的生命周期如下:

类的生命周期

在虚拟机中通过ClassLoader来进行类的加载,这地方需要明白:

两个类是否相同,除了类名外还需要判断ClassLoader是否相同。

双亲委派模式并不是一个强制约束。

在类加载完成之后就可以开始执行了,和线程运转相关的东西都放在栈帧中,其结构如下:

属性作用/含义
局部变量表   方法参数及方法内部定义的局部变量  
操作数栈   用来被指令操作  
动态连接   指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用  
方法返回地址   上层方法调用本方法的位置  
附加信息   调试信息等  

执行中具体调用哪个方法是个头疼的问题,需要处理:

静态分派:相同名称、不同参数类型的方法。

动态分派:继承中复写的方法。

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