【面经】闪送Java一面面经（上）

闪送 Java 一面

一、JVM了解多少，内存区域介绍，对应的功能

Java 虚拟机（JVM）是Java程序的运行环境，它负责将 Java 源代码编译成字节码，并在运行时执行这些字节码。JVM 主要负责管理程序的内存、执行字节码、进行垃圾回收等任务。下面是 JVM 的内存区域及其功能的简要介绍：

JVM 内存区域主要分为线程共享区域（Java堆、方法区）、线程私有区域（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）。

1、程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器也叫PC寄存器。是一块较小的内存空间。 在 JVM 规范中，每个线程都有自己的程序计数器，独立存储，互不影响，也就是说程序计数器是线程私有的。 如果当前线程执行的是一个 Java 方法，程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果正在执行的是本地（Native）方法，则是空（Undefined）。 此内存区域是唯一一个在 JVM 规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2、Java 虚拟机栈（VM Stack）

Java 虚拟机栈也是线程私有的，每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，生命周期与线程相同。 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）压入虚拟机栈，方法执行完毕栈帧出栈。 栈帧中存储着局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

在 JVM 规范中对虚拟机栈规定了两类异常：

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError 异常； 如果 Java 虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出 OutOfMemoryError 异常。 可以通过参数-Xss 设定Java虚拟机栈空间大小。

3、本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈与虚拟机栈类似，也是每个线程都会创建一个。区别是，虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

JVM 规范中并未对本地方法栈的实现做强制规定，具体虚拟机可以根据需要自由实现它。甚至在 Oracle Hotspot JVM 中将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。 与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

4、堆（Heap）

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。它是Java内存管理的核心区域，用来存放 Java 对象实例，几乎所有的 Java 对象实例都被直接分配在堆上。 但是随着即时编译技术的进步和逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化手段将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。

从 JDK1.7 开始已经默认开启逃逸分析，如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用（也就是未逃逸出去），那么对象可以直接在栈上分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为GC堆。从垃圾回收的角度看，由于现代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理论设计的， 所以 Java堆还可以细分为：新生代（Eden区、From Survivor区 和 To Survivor区）和老年代。 无论如何划分，Java 中存储的都是对象的实例，这一点上是不变的，而将 Java堆细分的目的只是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

如果在Java堆中没有足够的内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将抛出 OutOfMemoryError 异常。 通过参数-Xms 和 -Xmx 设定初始堆大小和最大堆大小。

5、方法区（Method Area）

方法区也是所有线程共享的一块内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。 由于早期 HotSpot JVM 使用永久代实现方法区，很多人习惯将方法区称为永久代（Permanent Generation）。 方法区是Java虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代则是一种是实现，一个是标准一个是实现， 其他的虚拟机（比如 BEA JRockit、IBM J9等）实现并没有永久代这一说法。

方法区的发展

由于永久代的大小是有限的，并且 JVM 对永久代垃圾回收（如，常量池回收、类型的卸载）的效果比较难以令人满意， 我们通常使用 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 设置永久代的大小, 32位机器默认的永久代大小为64M，64位的机器则为85M。 一旦类的元数据超过了设定的大小，程序就会耗尽内存，并出现内存溢出错误（OOM）。

在 JDK6 的时候 HotSpot 团队就有放弃永久代逐步改为本地内存（Native Memory）来实现方法区的计划了， 到了 JDK7 已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移到堆上分配， 在 JDK8 中彻底移除了永久代，将 JDK7 中永久代剩余的内容（主要是类的元数据）移到元空间（Metaspace）中。 移除永久代是为融合 HotSpot JVM 与 JRockit VM 而做出的努力，因为 JRockit 没有永久代，不需要配置永久代。

元空间（Metaspace）

元空间与永久代最大的区别在于：元空间并不在 Java虚拟机中，而是使用本地内存（Native Memory）。因此，默认情况下，元空间大小仅受本地内存限制。

类的元数据放入本地内存，字符串常量池和类的静态变量放入 Java堆中，这样加载多少类的元数据就不再由 MaxPermSize 控制，而由系统的实际可用空间来控制。通过参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 设定元空间初始值和最大值。

二、类加载器有哪些，双亲委派机制，类加载过程

Java 类加载器（Class Loader）是 Java 运行时环境的一部分，负责将类的字节码加载到内存中，并将其转换为 java.lang.Class 的实例。Java 类加载器主要分为以下几种：

1. 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）： 负责加载 Java 的核心类库，通常由 C++ 编写，是 JVM 的一部分，不是 Java 类。
2. 扩展类加载器（Extension Class Loader）： 负责加载 Java 的扩展类库，位于 jre/lib/ext 目录下。
3. 应用程序类加载器（Application Class Loader）： 也称为系统类加载器，负责加载应用程序的类，是默认的类加载器。
4. 自定义类加载器（Custom Class Loader）： 开发者可以通过继承 ClassLoader 类，编写自定义的类加载器。

Java 类加载器采用了双亲委派机制（Parent Delegation Model）。该机制的基本原则是：当一个类加载器收到类加载请求时，它首先不会自己去尝试加载，而是将请求委派给父类加载器去完成。每个类加载器都是如此，只有在父类加载器无法完成加载时，子类加载器才会尝试自己去加载。

类加载的过程包括以下步骤：

1. 加载（Loading）： 将类的二进制数据读入内存，并生成 java.lang.Class 对象。
2. 链接（Linking）：
   • 验证（Verification）： 确保被加载的类的正确性。
   • 准备（Preparation）： 为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。
   • 解析（Resolution）： 将常量池中的符号引用替换为直接引用。
3. 初始化（Initialization）： 执行类的初始化代码，包括静态代码块和静态变量赋值。

类加载器采用懒加载的策略，即只有在需要使用某个类时才会加载该类。这样可以提高系统的启动速度，并减小资源消耗。在类加载器的工作过程中，双亲委派机制保证了类的一致性和防止类的重复加载。

三、GC算法有哪些，对应哪些垃圾回收器，哪个适用于吞吐量大的场景

Java 虚拟机中使用了多种垃圾回收算法和相应的垃圾回收器。以下是常见的垃圾回收算法和垃圾回收器，以及它们适用的场景：

1. 标记-清除算法（Mark and Sweep）:

• 垃圾回收器： 由于标记-清除算法的效率不高，实际应用中较少单独使用。在垃圾回收器中，CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾回收器是基于标记-清除算法的改进版本，用于提高垃圾回收的效率。

2. 复制算法（Copying）:

• 垃圾回收器： 主要有新生代垃圾回收器，如Serial、ParNew、G1中的Young区。这个算法的特点是将内存分为两块，每次只使用其中一块，当这一块的内存用尽时，将存活的对象复制到另一块内存中。

3. 标记-整理算法（Mark and Compact）:

• 垃圾回收器： 主要用于老年代，如Serial Old、CMS垃圾回收器、G1中的Old区。标记-整理算法的特点是标记存活对象，然后将存活对象压缩到内存的一端，清理边界外的内存。

4. 分代垃圾回收理论:

• 垃圾回收器： 基于分代理论，将堆内存分为新生代和老年代。新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法。垃圾回收器有Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS等。

5. G1（Garbage-First）算法:

• 垃圾回收器： G1垃圾回收器，是一款面向服务端应用的垃圾回收器，通过划分多个内存区域，可以在吞吐量和低延迟之间取得平衡。G1算法在处理大堆、多核处理器、对低延迟要求较高的应用场景时表现出色。

适用场景：

• 吞吐量优先场景： 如果系统注重吞吐量，即希望在给定时间内尽量处理更多的请求，可以考虑使用Parallel垃圾回收器（包括Parallel Scavenge和Parallel Old）。
• 低延迟场景： 如果系统对延迟要求较高，尤其是需要更短的停顿时间，可以考虑使用G1垃圾回收器。 G1 垃圾回收器通过将整个堆划分为多个区域，可以更灵活地控制垃圾回收的停顿时间，适用于要求低延迟的应用场景。

在实际应用中，选择合适的垃圾回收器需要综合考虑应用的特性、硬件环境、性能要求等因素。

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