Java 面试知识点【背诵版 240题 约7w字】 (11)

JDK8 使用元空间取代永久代,HotSpot 提供了一些参数作为元空间防御措施,例如 -XX:MetaspaceSize 指定元空间初始大小,达到该值会触发 GC 进行类型卸载,同时收集器会对该值进行调整,如果释放大量空间就适当降低该值,如果释放很少空间就适当提高。

创建对象 5 Q1:创建对象的过程是什么?

字节码角度

NEW: 如果找不到 Class 对象则进行类加载。加载成功后在堆中分配内存,从 Object 到本类路径上的所有属性都要分配。分配完毕后进行零值设置。最后将指向实例对象的引用变量压入虚拟机栈顶。

**DUP: ** 在栈顶复制引用变量,这时栈顶有两个指向堆内实例的引用变量。两个引用变量的目的不同,栈底的引用用于赋值或保存局部变量表,栈顶的引用作为句柄调用相关方法。

INVOKESPECIAL: 通过栈顶的引用变量调用 init 方法。

执行角度

① 当 JVM 遇到字节码 new 指令时,首先将检查该指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用,并检查引用代表的类是否已被加载、解析和初始化,如果没有就先执行类加载。

② 在类加载检查通过后虚拟机将为新生对象分配内存。

③ 内存分配完成后虚拟机将成员变量设为零值,保证对象的实例字段可以不赋初值就使用。

④ 设置对象头,包括哈希码、GC 信息、锁信息、对象所属类的类元信息等。

⑤ 执行 init 方法,初始化成员变量,执行实例化代码块,调用类的构造方法,并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

Q2:对象分配内存的方式有哪些?

对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定,分配空间的任务实际上等于把一块确定大小的内存块从 Java 堆中划分出来。

指针碰撞: 假设 Java 堆内存规整,被使用过的内存放在一边,空闲的放在另一边,中间放着一个指针作为分界指示器,分配内存就是把指针向空闲方向挪动一段与对象大小相等的距离。

空闲列表: 如果 Java 堆内存不规整,虚拟机必须维护一个列表记录哪些内存可用,在分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象并更新列表记录。

选择哪种分配方式由堆是否规整决定,堆是否规整由垃圾收集器是否有空间压缩能力决定。使用 Serial、ParNew 等收集器时,系统采用指针碰撞;使用 CMS 这种基于清除算法的垃圾收集器时,采用空间列表。

Q3:对象分配内存是否线程安全?

对象创建十分频繁,即使修改一个指针的位置在并发下也不是线程安全的,可能正给对象 A 分配内存,指针还没来得及修改,对象 B 又使用了指针来分配内存。

解决方法:① CAS 加失败重试保证更新原子性。② 把内存分配按线程划分在不同空间,即每个线程在 Java 堆中预先分配一小块内存,叫做本地线程分配缓冲 TLAB,哪个线程要分配内存就在对应的 TLAB 分配,TLAB 用完了再进行同步。

Q4:对象的内存布局了解吗?

对象在堆内存的存储布局可分为对象头、实例数据和对齐填充。

对象头占 12B,包括对象标记和类型指针。对象标记存储对象自身的运行时数据,如哈希码、GC 分代年龄、锁标志、偏向线程 ID 等,这部分占 8B,称为 Mark Word。Mark Word 被设计为动态数据结构,以便在极小的空间存储更多数据,根据对象状态复用存储空间。

类型指针是对象指向它的类型元数据的指针,占 4B。JVM 通过该指针来确定对象是哪个类的实例。

实例数据是对象真正存储的有效信息,即本类对象的实例成员变量和所有可见的父类成员变量。存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在源码中定义顺序的影响。相同宽度的字段总是被分配到一起存放,在满足该前提条件的情况下父类中定义的变量会出现在子类之前。

对齐填充不是必然存在的,仅起占位符作用。虚拟机的自动内存管理系统要求任何对象的大小必须是 8B 的倍数,对象头已被设为 8B 的 1 或 2 倍,如果对象实例数据部分没有对齐,需要对齐填充补全。

Q5:对象的访问方式有哪些?

Java 程序会通过栈上的 reference 引用操作堆对象,访问方式由虚拟机决定,主流访问方式主要有句柄和直接指针。

句柄: 堆会划分出一块内存作为句柄池,reference 中存储对象的句柄地址,句柄包含对象实例数据与类型数据的地址信息。优点是 reference 中存储的是稳定句柄地址,在 GC 过程中对象被移动时只会改变句柄的实例数据指针,而 reference 本身不需要修改。

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