java-jvm
JVM加载class文件的原理
JVM中类的装载是由ClassLoader和它的子类来实现的,Java ClassLoader 是一个重要的Java运行时系统组件。它负责在运行时查找和装入类文件的类。 Java中的所有类，都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类，而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候，我们几乎不需要关心类的加载，因为这些都是隐式装载的，除非我们有特殊的用法，像是反射，就需要显式的加载所需要的类。 类装载方式，有两种 （1）隐式装载，程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中，利用反射即隐式加载可绕过一些权限检查机制。 （2）显式装载，通过class.forname()等方法，显式加载需要的类 ,隐式加载与显式加载的区别：两者本质是一样的。 java中类加载是动态的，并不会一次性把所有的类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。
Java虚拟机，为什么平台无关
答：Java虚拟机是一个可以执行java字节码的虚拟机进程，java源文件被编译成Java虚拟机执行的字节码文件。 Java被设计成的应用程序可以运行在任何平台，不需要程序员的在不同的平台进行不同的重写和编译，因为它知道底层硬件平台的指令长和其他特性。
jvm最大内存限制多少
(1) 堆内存分配 JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小 于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、 -Xmx相等以避免在每次GC后调整堆的大小。
(2)非堆内存分配 JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。
(3)VM最大内存 首先JVM内存限制于实际的最大物理内存，假设物理内存无限大的话，JVM内存的最大值跟操作系统有很大的关系。简单的说就32位处理器虽 然可控内存空间有4GB,但是具体的操作系统会给一个限制，这个限制一般是2GB-3GB（一般来说Windows系统下为1.5G-2G，Linux系 统下为2G-3G），而64bit以上的处理器就不会有限制了。
(4)下面是当前比较流行的几个不同公司不同版本JVM最大堆内存:
jvm是如何实现线程的
线程是比进程更轻量级的调度执行单位。线程可以把一个进程的资源分配和执行调度分开。一个进程里可以启动多条线程，各个线程可共享该进程的资源(内存地址，文件IO等)，又可以独立调度。线程是CPU调度的基本单位。 主流OS都提供线程实现。Java语言提供对线程操作的同一API，每个已经执行start()，且还未结束的java.lang.Thread类的实例，代表了一个线程。 Thread类的关键方法，都声明为Native。这意味着这个方法无法或没有使用平台无关的手段来实现，也可能是为了执行效率。 Thread类的关键方法，都声明为Native。这意味着这个方法无法或没有使用平台无关的手段来实现，也可能是为了执行效率。
实现线程的方式
A.使用内核线程实现内核线程(Kernel-Level Thread, KLT)就是直接由操作系统内核支持的线程。 内核来完成线程切换 内核通过调度器Scheduler调度线程，并将线程的任务映射到各个CPU上 程序使用内核线程的高级接口，轻量级进程(Light Weight Process,LWP)
B.用户态和内核态切换消耗内核资源 使用用户线程实现 系统内核不能感知线程存在的实现 用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成 所有线程操作需要用户程序自己处理，复杂度高 用户线程加轻量级进程混合实现 轻量级进程作为用户线程和内核线程之间的桥梁
拓展：
- 用户态和内核态的区别
- 内核态：cpu可以访问内存的所有数据，包括外围设备，例如硬盘，网卡，cpu也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。具有ring 0保护级别，完全在操作系统同内核中运行。
- 用户态：只能受限的访问内存，且不允许访问外围设备，占用cpu的能力被剥夺，cpu资源可以被其他程序获取。具有ring 3保护级别，完全在应用程序中运行。
- 为什么说用户态和内核态切换的开销大？
因为当用户态切换到内核态需要以下步骤：
- 保留用户态现场（上下文、寄存器、用户栈等）
- 复制用户态参数，用户栈切到内核栈，进入内核态
- 额外的检查（因为内核代码对用户不信任）
- 执行内核态代码
- 复制内核态代码执行结果，回到用户态
- 恢复用户态现场（上下文、寄存器、用户栈等）
实际上操作系统会比上述的更复杂，这里只是个大概，我们可以发现一次切换经历了「用户态 -> 内核态 -> 用户态」。
- 什么情况会导致用户态到内核态切换
- 系统调用：用户态进程主动切换到内核态的方式，用户态进程通过系统调用向操作系统申请资源完成工作，例如 fork（）就是一个创建新进程的系统调用，系统调用的机制核心使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，如Linux 的 int 80h 中断，也可以称为软中断
- 异常：当 C P U 在执行用户态的进程时，发生了一些没有预知的异常，这时当前运行进程会切换到处理此异常的内核相关进程中，也就是切换到了内核态，如缺页异常
- 中断：当 C P U 在执行用户态的进程时，外围设备完成用户请求的操作后，会向 C P U 发出相应的中断信号，这时 C P U 会暂停执行下一条即将要执行的指令，转到与中断信号对应的处理程序去执行，也就是切换到了内核态。如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后边的操作等。
Java内存模型
java内存模型(Java Memory Model)JMM，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见，从抽象的角度看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系，线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读、写共享变量的副本。 本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。其关系模型图如下图所示：
JAVA虚拟机中，哪些对象可作为ROOT对象
- 虚拟机栈中的引用对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用对象
- 本地方法栈中JNI引用对象，就是java 引用对象
- 被同步锁持有的对象
- 内部引用（如基本数据类型对应的class对象、常驻的异常对象NullPointerException等、系统类加载器)
- 反映java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMT中注册的回调，本地代码缓存等。
GC中如何判断对象是否需要被回收
可达性分析：就是从GCROOT中看是否能能够到达某个对象，如果不能到达，则说明是不可达的。
即使在可达性分析算法中不可达的对象,也并非是“非回收不可”的,这时候它们暂时处于“等待”阶段,要真正宣告一个对象回收,至少要经历两次标记过程:如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链,那它将会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。(即意味着直接回收)
如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法,那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中,并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法,但并不承诺会等待它运行结束,这样做的原因是,如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢,或者发生了死循环(更极端的情况),将很可能会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待,甚至导致整个内存回收系统崩溃。
finalize()方法是对象逃脱回收的最后一次机会,稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记,如果对象要在finalize()中跳出回收——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可,譬如把自己(this关键字)赋值给某个类变量或者对象的成员变量,那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合;如果对象这时候还没有逃脱,那基本上它就真的被回收了。
JAVA虚拟机的作用是什么
解释运行字节码程序消除平台相关性。 jvm将字节码解释为具体的平台指令，一般的高级语言如要在不同的平台执行，需要编译成不同的目标代码。而引入jvm之后，java语言在不同的平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
eden区和survial区的含义以及工作原理
jvm虚拟机实现都采用了分代收集的思想，把整个堆区划分成新生代和老年代，新生代被划分成Eden空间，From Survivor 和 To Survivor三块区域这三块区域的容量比为8:1:1。
我们把Eden : From Survivor : To Survivor 空间大小设成 8 : 1 : 1 ，对象总是在 Eden 区出生， From Survivor 保存当前的幸存对象， To Survivor 为空。一次 gc 发生后： 1）Eden 区活着的对象 ＋ From Survivor 存储的对象被复制到 To Survivor ；2) 清空 Eden 和 From Survivor ； 3) 颠倒 From Survivor 和 To Survivor 的逻辑关系： From 变 To ， To 变 From 。循环往复前边的3个过程。可以看出，只有在 Eden 空间快满的时候才会触发 Minor GC 。而 Eden 空间占新生代的绝大部分，所以 Minor GC 的频率得以降低。当然，使用两个 Survivor 这种方式我们也付出了一定的代价，如 10% 的空间浪费、复制对象的开销等。
jvm的分区
java内存通常被划分为5个区域：程序计数器（Program Count Register）、本地方法栈（Native Stack）、方法区（Methon Area）、栈（Stack）、堆（Heap）。
JNI：Java Native Interface，一句话来说就是Java的本地接口，很多方法由Java本身来实现的，有的时候还需要本地方法来提供相关的功能。
区别：JNI对应的接口实际上就是我们看源码经常遇到的native修饰的方法，这样的方法也很独特，跟接口里面的方法一样，没有方法的具体实现，用native来修饰。
JNI的实现：
实际上是由C或者C++语言来实现，为了和其它的方法实现做个对比，我先来一个JVM的图，Java方法栈针对的是Java的方法栈，而本地方法栈针对的就是针对本平台一些C实现的方法等的实现.
JNI的C语言方法加载分为两种：主动型和被动型。
主动型：JVM会根据native方法去找对应的C语言，JVM查找是根据一定命名规则来查找，毕竟Java和C是不同的语言，有不同的规范.
被动型：首先要有一个“主动”的C函数方法实现，被JVM加载，然后吊起的方法里面会有其他对应的native方法实现，于是这些方法没有按照规则命名，被动的加载进来。
类的加载过程
JVM类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化。
- 加载：加载是类加载过程中的一个阶段，这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一个Class文件获取，这里既可以从ZIP包中读取（比如从jar包和war包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将JSP文件转换成对应的Class类）。
- 验证：这一阶段的主要目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
- 准备：准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为： public static int v = 8080; 实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080，将v赋值为8080的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器方法之中，这里我们后面会解释。 但是注意如果声明为： public static final int v = 8080; 在编译阶段会为v生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将v赋值为8080。
- 解析：解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是class文件中的：CONSTANT_Class_info，CONSTANT_Field_info，CONSTANT_Method_info等类型的常量。 符号引用和直接引用的概念： 符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。 直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
- 初始化
初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由JVM主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的Java程序代码。
初始化阶段是执行类构造器<client>方法的过程。<client>方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会保证<client>方法执行之前，父类的方法已经执行完毕。p.s: 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成<client>()方法。
以下几种情况不会执行类初始化：
- 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
- 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
- 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。
- 通过类名获取Class对象，不会触发类的初始化。
- 通过Class.forName加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
- 通过ClassLoader默认的loadClass方法，也不会触发初始化动作。 类加载器 虚拟机设计团队把加载动作放到JVM外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，JVM提供了3种类加载器： 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如rt.jar）的类。 扩展类加载器(Extension ClassLoader)：负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库。 应用程序类加载器(Application ClassLoader)：负责加载用户路径（classpath）上的类库。 JVM通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。
在这里插入图片描述当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。
因为双亲使用不同的类加载器得到最后的同样的object对象。
JVM的回收算法以及它的回收器是什么？
垃圾回收算法：
- 标记清除： 标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。在标记阶段首先通过根节点，标记所有从根节点开始的对象，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。然后，在清除阶段，清除所有未被标记的对象。标记清除算法带来的一个问题是会存在大量的空间碎片，因为回收后的空间是不连续的，这样给大对象分配内存的时候可能会提前触发full gc。
- 复制算法： 将现有的内存空间分为两快，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。 现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM研究表明新生代中的对象98%是朝夕生死的，所以并不需要按照1:1的比例划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中的一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地拷贝到另外一个Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor的空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1(可以通过-SurvivorRattio来配置)，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%，只有10%的内存会被“浪费”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保。
- 标记整理： 复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。这种情况在新生代经常发生，但是在老年代更常见的情况是大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法，由于存活的对象较多，复制的成本也将很高。 标记-压缩算法是一种老年代的回收算法，它在标记-清除算法的基础上做了一些优化。首先也需要从根节点开始对所有可达对象做一次标记，但之后，它并不简单地清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后，清理边界外所有的空间。这种方法既避免了碎片的产生，又不需要两块相同的内存空间，因此，其性价比比较高。
- 增量算法： 增量算法的基本思想是，如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降。