JVM面試總結(jié)（一）
? ???JVM是面試必問的模塊，整個JVM我個人感覺可以分為內(nèi)存模型、類加載機制、GC垃圾回收和性能優(yōu)化四個大塊；
1、Java 是如何實現(xiàn)跨平臺的？
????我們寫的 Java 源碼，編譯后會生成一種 .class 文件，稱為字節(jié)碼文件。Java 虛擬機（JVM）就是負責(zé)將字節(jié)碼文件翻譯成特定平臺下的機器碼然后運行，也就是說，只要在不同平臺上安裝對應(yīng)的 JVM，就可以運行字節(jié)碼文件，運行我們編寫的 Java 程序。
而這個過程，我們編寫的 Java 程序沒有做任何改變，僅僅是通過 JVM 這一 “中間層” ，就能在不同平臺上運行，真正實現(xiàn)了 “一次編譯，到處運行” 的目的。
接下來就會問JVM是什么，由什么組成，怎么運行的？
2、JVM是什么？（談?wù)勀銓VM的理解）
????JVM，即 Java Virtual Machine，Java 虛擬機。它通過模擬一個計算機來達到一個計算機所具有的的計算功能。JVM 能夠跨計算機體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行 Java 字節(jié)碼，主要是由于 JVM 屏蔽了與各個計算機平臺相關(guān)的軟件或者硬件之間的差異，使得與平臺相關(guān)的耦合統(tǒng)一由 JVM 提供者來實現(xiàn)。
3、為什么可以跨平臺？
????1、Java 文件經(jīng)過編譯后生成和平臺無關(guān)的. class 文件。
? ?2、Java虛擬機（JVM）是不跨平臺的，Java工具會把統(tǒng)一的.class文件，加載到對應(yīng)的JVM，又因為該JVM是和這個系統(tǒng)是對應(yīng)的，所以就可以運行。
4、JVM由什么組成的？
JVM 主要由四大部分組成：ClassLoader（類加載器），Runtime Data Area（運行時數(shù)據(jù)區(qū)或者內(nèi)存分區(qū)），Execution Engine（執(zhí)行引擎），Native Interface（本地庫接口）；
1、ClassLoader（類加載器）：負責(zé)加載字節(jié)碼文件即 class 文件，class 文件在文件開頭有特定的文件標示，并且 ClassLoader 只負責(zé)class 文件的加載，至于它是否可以運行，則由 Execution Engine 決定。
2、Runtime Data Area（運行時數(shù)據(jù)區(qū)或者內(nèi)存分區(qū)）：是存放數(shù)據(jù)的，分為五部分：Stack（虛擬機棧），Heap（堆），Method Area（方法區(qū)），PC Register（程序計數(shù)器），Native Method Stack（本地方法棧）。幾乎所有的關(guān)于 Java 內(nèi)存方面的問題，都是集中在這塊。
3、Execution Engine（執(zhí)行引擎）：也叫 Interpreter；Class 文件被加載后，會把指令和數(shù)據(jù)信息放入內(nèi)存中，Execution Engine 則負責(zé)把這些命令解釋給操作系統(tǒng)，即將 JVM 指令集翻譯為操作系統(tǒng)指令集。
4、Native Interface（本地庫接口）：負責(zé)調(diào)用本地接口的。他的作用是調(diào)用不同語言的接口給 JAVA 用，他會在 Native Method Stack 中記錄對應(yīng)的本地方法，然后調(diào)用該方法時就通過 Execution Engine 加載對應(yīng)的本地 lib。
運行時數(shù)據(jù)區(qū)按照Java虛擬機規(guī)定分為以下5個部分:
1、程序計數(shù)器:通過改變計數(shù)器的值，來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。
2、Java虛擬機棧:用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。
3、本地方法棧:為虛擬機調(diào)用Native方法服務(wù)的。
4、Java堆（線程共享）:Java虛擬機中內(nèi)存最大的一塊，是被所有線程共享的，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存，也是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此也被稱為GC堆。
5、方法區(qū)（線程共享）:用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，存在一個叫運行時常量池的區(qū)域，用來存放編譯器生成的各種字面量和符號引用。
5、JVM怎么運行的？（JVM的工作流程）
JVM的啟動過程分為如下四個步驟：
1、JVM的裝入環(huán)境和配置
java.exe負責(zé)查找JRE，并且它會按照如下的順序來選擇JRE：
????自己目錄下的JRE；
????父級目錄下的JRE；
????查注冊中注冊的JRE。
2、裝載JVM
????通過第一步找到JVM的路徑后，Java.exe通過LoadJavaVM來裝入JVM文件。LoadLibrary裝載JVM動態(tài)連接庫，然后把JVM中的到處函數(shù)JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMIntArgs 掛接到InvocationFunction 變量的CreateJavaVM和GetDafaultJavaVMInitArgs 函數(shù)指針變量上。JVM的裝載工作完成。
3、初始化JVM，獲得本地調(diào)用接口
????調(diào)用InvocationFunction -> CreateJavaVM，也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法獲得JNIEnv結(jié)構(gòu)的實例。
4、運行Java程序
????JVM運行Java程序的方式有兩種：jar包 與 class。
????運行jar 的時候，java.exe調(diào)用GetMainClassName函數(shù)，該函數(shù)先獲得JNIEnv實例然后調(diào)用JarFileJNIEnv類中g(shù)etManifest()，從其返回的Manifest對象中取getAttrebutes("Main-Class")的值，即jar 包中文件：META-INF/MANIFEST.MF指定的Main-Class的主類名作為運行的主類。之后main函數(shù)會調(diào)用Java.c中LoadClass方法裝載該主類（使用JNIEnv實例的FindClass）。運行Class的時候，main函數(shù)直接調(diào)用Java.c中的LoadClass方法裝載該類。
6、Java程序是怎么運行的？
Java程序從源文件創(chuàng)建到程序運行要經(jīng)過兩大步驟：
????1、源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼（ByteCode）；
? ?2、字節(jié)碼由java虛擬機解釋運行。
第一步(編譯): 創(chuàng)建完源文件之后，程序會先被編譯為.class文件。Java編譯一個類時，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然后引用，否則直接引用。（如果java編譯器在指定目錄下找不到該類所其依賴的類的.class文件或者.java源文件的話，編譯器話報“cant find symbol”的錯誤。）
? ?編譯后的字節(jié)碼文件格式主要分為兩部分：常量池和方法字節(jié)碼。常量池記錄的是代碼出現(xiàn)過的所有token(類名，成員變量名等等)以及符號引用（方法引用，成員變量引用等等）；方法字節(jié)碼放的是類中各個方法的字節(jié)碼。
第二步（運行）：Java類運行的過程大概可分為兩個過程：1、類的加載 ?2、類的執(zhí)行。需要說明的是：JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，才會去加載該類。也就是說，JVM并不是在一開始就把一個程序就所有的類都加載到內(nèi)存中，而是到不得不用的時候才把它加載進來，而且只加載一次。 ? ? ? ?下面是程序運行的詳細步驟：1、在編譯好Java程序得到MainApp.class文件后，在命令行上敲Java AppMain。系統(tǒng)就會啟動一個JVM進程，JVM進程從classpath路徑中找到一個名為MainApp.class的二進制文件，將MainApp的類信息加載到運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，這個過程叫做MainApp類的加載。2、然后JVM找到AppMain的主函數(shù)入口，開始執(zhí)行main函數(shù)。3、main函數(shù)的第一條命令是Animal ?animal = new Animal("Puppy");就是讓JVM創(chuàng)建一個Animal對象，但是這時候方法區(qū)中沒有Animal類的信息，所以JVM馬上加載Animal類，把Animal類的類型信息放到方法區(qū)中。4、加載完Animal類之后，Java虛擬機做的第一件事情就是在堆區(qū)中為一個新的Animal實例分配內(nèi)存, 然后調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化Animal實例，這個Animal實例持有著指向方法區(qū)的Animal類的類型信息（其中包含有方法表，Java動態(tài)綁定的底層實現(xiàn)）的引用。5、當(dāng)使用animal.printName()的時候，JVM根據(jù)animal引用找到Animal對象，然后根據(jù)Animal對象持有的引用定位到方法區(qū)中Animal類的類型信息的方法表，獲得printName()函數(shù)的字節(jié)碼的地址。6、開始運行printName()函數(shù)。
概況來說
????1、寫好的 Java 源代碼文件經(jīng)過 Java 編譯器編譯成字節(jié)碼文件；
????2、通過類加載器加載到內(nèi)存中，被實例化；
????4、然后到 Java 虛擬機中解釋執(zhí)行；
????5、最后通過操作系統(tǒng)操作 CPU 執(zhí)行獲取結(jié)果。
7、 JDK、JRE和JVM之間的關(guān)系
????JDK：Java Development Kit，Java 開發(fā)工具包 - 開發(fā)人員進行 Java 軟件開發(fā)測試的一套工具
????JRE：Java Runtime Environment，Java 運行時環(huán)境 - Java 軟件成品運行所依賴的環(huán)境
????JVM：Java Virtual Machine，Java 虛擬機 - Java 語言實現(xiàn)跨平臺運行的一種軟件
三者的關(guān)系是：JDK包含JRE，JRE包含JVM
8、JVM內(nèi)存分布
1、程序計數(shù)器
程序計數(shù)器：程序計數(shù)器就是臨時記錄方法運行到哪一行了，程序運行實際并不存在并行，而是不同的線程不斷的搶占cpu，然后執(zhí)行一段時間，又重新開始競爭，只是執(zhí)行時間太短，導(dǎo)致人根本感受不到，當(dāng)一個方法運行到某一行的時候開始重新競爭了，就需要記錄下當(dāng)前方法運行到哪了，用來下次cpu被該方法搶占時，從上次中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。
為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存
2、Java虛擬機棧（Java棧）
線程私有，生命周期和線程，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個 棧幀用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息。方法的執(zhí)行就對應(yīng)著棧幀在虛擬機棧中入棧和出棧的過程；棧里面存放著各種基本數(shù)據(jù)類型和對象的引用；
3、本地方法棧
Java 中有些代碼的實現(xiàn)是依賴于其他非 Java 語言的（C++），本地方法棧存儲的是維護非 Java 語句執(zhí)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，一般我們認為本地方法棧不會出現(xiàn)內(nèi)存的問題；本地方法棧則是為虛擬機使用到的本地（Native）方法服務(wù)。也是線程私有的。
4、Java堆（堆）
方法區(qū)存放著class信息，而堆中存放了實例化的對象，同一個類的對象可以被實例化多次，對象是可以被其他線程使用的，所以堆也是共享數(shù)據(jù)區(qū)。實例化對象時，對象中有一個對象頭，其中有個類型指針會指向方法區(qū)的類元信息。
Java堆是程序員需要重點關(guān)注的一塊區(qū)域，因為涉及到內(nèi)存的分配(new關(guān)鍵字，反射等)與回收(回收算法，收集器等)；
5、方法區(qū)
方法區(qū)：也叫永久區(qū)，用于存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類信息，常量("zdy","123"等)，靜態(tài)變量(static變量)等數(shù)據(jù)。 (jdk1.8已經(jīng)將方法區(qū)去掉了，將方法區(qū)移動到直接內(nèi)存)
在 Java8 之后，我們把方法區(qū)稱之為元空間（MetaSpace），方法區(qū)在邏輯上屬于堆
的一部分，但一些具體機制和堆有所區(qū)別，如：一些 JVM 的方法區(qū)是可以不進行垃圾回收
的，關(guān)閉 JVM 時才會釋放方法區(qū)內(nèi)存。所以方法區(qū)還有一個別名叫非堆，目的是和堆分開。
方法區(qū)會存儲類信息、靜態(tài)變量、常量（JDK8 之后不存放字符串常量）、本地機器指 令。
如果加載大量 class 文件，也會造成方法區(qū)內(nèi)存溢出，如一個 tomcat 運行 20~30 個 項目。
6、運行時常量池
運行時常量池是方法區(qū)的一部分，用于存放編譯期生成的各種字面("abc","123"等)和符號引用。
7、 直接內(nèi)存：
直接內(nèi)存：不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域；
????1、如果使用了NIO,這塊區(qū)域會被頻繁使用，在Java堆內(nèi)可以用directByteBuffer對象直接引用并操作；
????2、這塊內(nèi)存不受Java堆大小限制，但受本機總內(nèi)存的限制，可以通過MaxDirectMemorySize來設(shè)置（默認與堆內(nèi)存最大值一樣），所以也會出現(xiàn)OOM異常；
9、擴展
一般重點會問你，類放在哪，常量，變量的位置，線程共享的內(nèi)存和獨有的內(nèi)存；
Java中new處的對象存放在Java堆中，而對象的引用存放在虛擬機棧中。
Java中的Class也是一個類，所以Class對象也存放在堆當(dāng)中，存放在方法區(qū)當(dāng)中的是類的元數(shù)據(jù)，即類加載器從class文件中提取出來的類型信息、方法信息、字段信息等。
jdk1.7靜態(tài)變量存放在方法區(qū)中
jdk1.8以后類型信息，字段，方法，常量，保存在本地內(nèi)存的元空間（方法區(qū)），但字符串常量池，靜態(tài)變量仍在堆，new申請的內(nèi)存是在堆中。
1、堆和棧功能上的區(qū)別：
????以棧幀的方式存儲方法調(diào)用的過程，并存儲方法調(diào)用過程中基本數(shù)據(jù)類型的變量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及對象的引用變量，其內(nèi)存分配在棧上，變量出了作用域就會自動釋放；
????而堆內(nèi)存用來存儲Java中的對象。無論是成員變量，局部變量，還是類變量，它們指向的對象都存儲在堆內(nèi)存中；
2、堆和棧在線程共享和線程私有區(qū)別
????棧內(nèi)存歸屬于單個線程，每個線程都會有一個棧內(nèi)存，其存儲的變量只能在其所屬線程中可見，即棧內(nèi)存可以理解成線程的私有內(nèi)存。
堆內(nèi)存中的對象對所有線程可見。堆內(nèi)存中的對象可以被所有線程訪問。
?????棧的內(nèi)存要遠遠小于堆內(nèi)存，棧的深度是有限制的，如果遞歸沒有及時跳出，很可能發(fā)生StackOverFlowError問題。
????可以通過-Xss選項設(shè)置棧內(nèi)存的大小( 這個參數(shù)是設(shè)定單個線程的?？臻g)。-Xms選項可以設(shè)置堆的開始時的大小，-Xmx選項可以設(shè)置堆的最大值。
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