Java面试之JVM原理总结

1、什么是JVM？

　　答：JVM是Java Virual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，他是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟计算机功能来实现的。Java虚拟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屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，时Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的字节码，就可以在多种平台上不加修改的运行。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

2、JRE/JDK/JVM是什么关系？

　　答：JRE是Java运行环境，即（Java Runtime Environment），也就是Java平台。所有的Java程序都要在JRE下才能运行。

　　　　JDK是开发工具包，即（Java Development Kit），它是程序开发者用来编译、调试Java程序，它也是Java程序，也需要JRE才能运行。

　　　　JVM是Java虚拟机，即（Java Virual Machine），它是JRE的一部分，一个虚构出来的计算机，它支持跨平台。

3、JVM原理？

　　答：JVM是Java核心和基础，在Java编译器和os平台之间的虚拟处理器。他可以在上面执行Java的字节码程序。Java编译器只要面向JVM，生成JVM能理解的代码或字节码文件。Java源文件经编译成字节码程序，通过JVM将每一条指令翻译成不同平台的机器码，通过特定平台运行。

　　

4、JVM体系结构：

类加载器：加载class文件；

执行引擎：执行字节码或者执行本地方法

运行时数据区：包括方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈

5、JVM运行时数据区

　　a.PC寄存器：用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令；

　　b.栈：栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放当前线程中的局部基本类型的变量；

　　c.堆：它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。堆是JVM所有线程共享的。

　　d.方法区：存放了所加载的类信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息；通过class对象中的getName等方法来获取信息时，实际这些数据是来源于方法区，方法区是全局共享的。

　　e.运行时常量池：存放类中固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间是从方法区中分配。

　　f.本地方法栈：JVM采用本地方法栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。

6、如何判断对象是否存活：

　　a.引用计数法：给对象中添加一个引用计数器，当一个地方引用了对象，计数加1；当引用失效，计数器减1；当计数器为0表示该对象已死、可回收；但很难解决循环引用问题；

　　b.可达性分析：通过一系列称为“GC Root”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象GC Roots没有任何引用链相连，则证明此对象已死、可回收。Java中可以作为GC Roots的对象包括：虚拟机栈中引用的对象、本地方法栈中native方法引用的对象、方法区静态属性引用的对象、方法区常量引用的对象。

7、JVM垃圾回收：

• 对新生代的对象的收集称为minor GC；
• 对老年代的对象的收集称为full GC;
• 程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为full GC；
• 强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用；
• 软引用：适用于缓存场景（只有在内存不够用的情况下才会被回收）
• 弱引用：在GC时一定会被GC回收
• 虚引用：用于判断对象是否被GC

8、垃圾收集算法：

• 标记—清除算法：有两点不足，一个效率问题，标记和清除过程都效率不高；一个是空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片；
• 复制算法：解决了内存碎片问题，但是内存利用率低；
• 标记整理算法：解决了内存碎片问题

9、分代收集算法：

• 新生代：每次GC时都会有大量对象死去，少量存活，使用复制算法；新生代又分为Eden区、Survivor（Survivor from、Survivor to）大小比例默认为8:1:1；JVM给每个对象定义一个对象年龄计数器，乳沟对象在Eden出生并经过第一个Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳，将被移入Survivor并且年龄设定为1.每熬过一次Minor GC，年龄就加1，当它的年龄到了一定程度（默认15岁，可以通过XX:MaxTenuringThreshold来设定），就会移入老年代；如果Survivor相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor的一半，年龄大于等于x的所有对象直接进入老年代，无需等到最大年龄要求。
• 老年代：老年代中的对象存活率高、没有额外空间进行分配，就是用标记—清除或标记—整理算法；大对象可以直接进入老年代，JVM可以配置对象达到阈值后进入老年代的大小（-XX:PretenureSizeThreshold）

10、垃圾收集器：

• Serial收集器：是最基本、历史最久的收集器，单线程，并且在收集是必须暂停所有的工作线程；
• ParNew收集器：是Serial收集器的多线程版本；
• Parallel Scavenge收集器：新生代收集器，并行的多线程收集器。它的目标是达到一个可控的吞吐量，这样可以高效率的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，适合在后台运算；
• Serial Old收集器：Serial 收集器的老年代版本，单线程，主要是标记—整理算法来收集垃圾；
• Parallel Old收集器：Parallel Scavenge的老年代版本，多线程，主要是标记—整理算法来收集垃圾；Parallel Old 和 Serial Old 不能同时搭配使用，后者性能较差发挥不出前者的作用；
• CMS收集器：收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器；基于标记清除算法，并发收集、低停顿、运作过程复杂（初始标记、并发标记、重新标记、并发清除）。CMS收集器有3个缺点：1。对CPU资源非常敏感（占用资源）；2。无法处理浮动垃圾（在并发清除时，用户线程新产生的垃圾叫浮动垃圾），可能出现“Concurrent Mode Failure”失败；3。产生大量内存碎片　　
• G1收集器：
  • 特点：
    • 分代收集，G1可以不需要其他GC收集器的配合就能独立管理整个堆，采用不同的方式处理新生对象和已经存活一段时间的对象；
    • 空间整合：采用标记整理算法，局部采用复制算法（Region之间），不会有内存碎片，不会因为大对象找不到足够的连续空间而提前触发GC；
    • 可预测的停顿：能够让使用者明确指定一个时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不超过时间范围内；