JVM--Java核心面试知识整理(一)

JVM 是可运行 Java 代码的假想计算机 ,包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、 一个垃圾回收,堆和 一个存储方法域。JVM 是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互。

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运行过程

我们都知道 Java 源文件通过编译器,能够产生相应的.Class 文件,也就是字节码文件,而字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器,编译成特定机器上的机器码 。也就是如下:

① Java 源文件—->编译器—->字节码文件

② 字节码文件—->JVM—->机器码

​ 每一种平台的解释器是不同的,但是实现的虚拟机是相同的,这也就是 Java 为什么能够跨平台的原因了,当一个程序从开始运行,这时虚拟机就开始实例化了,多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭,则虚拟机实例消亡,多个虚拟机实例之间数据不能共享。

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1.1 线程

这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。JVM 允许一个应用并发执行多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后,就会创建一个操作系统原生线程。Java线程结束,原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程,并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕,就会调用Java线程的 run() 方法。当线程结束时,会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个:

虚拟机线程(VM thread) 这个线程等待 JVM 到达安全点操作出现。这些操作必须要在独立的线程里执行,因为当堆修改无法进行时,线程都需要 JVM 位于安全点。这些操作的类型有:stop-the-world 垃圾回收、线程栈 dump、线程暂停、线程偏向锁(biased locking)解除。
周期性任务线程   这线程负责定时器事件(也就是中断),用来调度周期性操作的执行。  
GC 线程   这些线程支持 JVM 中不同的垃圾回收活动。  
编译器线程   这些线程在运行时将字节码动态编译成本地平台相关的机器码。  
信号分发线程   这个线程接收发送到 JVM 的信号并调用适当的 JVM 方法处理。  
1.2 JVM内存区域

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JVM内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【JAVA堆、方法区】、直接内存。

线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束而创建/销毁(在 HotspotVM内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。

线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。

直接内存并不是JVM运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用: 在 JDK1.4引入的NIO提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作(详见: Java I/O 扩展), 这样就避免了在 Java堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。

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1.2.1 程序计数器(线程私有)

​ 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器,每条线程都要有一个独立的程序计数器,这类内存也称为“线程私有”的内存。

正在执行 java 方法的话,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如果还是 Native 方法,则为空。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

1.2.2 虚拟机栈(线程私有)

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