[线程与网络] Java虚拟机常考面试题(线程与网络完结)

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1. JVM内存划分
- 1.1 堆区
- 1.2 程序计数器
- 1.3 元数据区
- 1.4 Java虚拟机栈
- 1.5 本地方法栈
- 1.6 不同形态的变量在数据区中的存储
2. JVM类加载
- 2.1 类加载过程
- 2.2 双亲委派模型
- - 2.2.1 什么是双亲委派模型
  - 2.2.2 工作过程
3. JVM垃圾回收机制(GC)
- 3.1 什么是GC
- 3.2 GC的工作流程
- - 3.2.1 判断谁是垃圾
  - 3.2.2 释放对应内存(垃圾回收)

1. JVM内存划分

JVM本质上是一个Java进程,这个进程一旦跑起来,就会从操作系统中申请一大块内存空间.那么JVM接下来就要对这一大块空间进行划分,每个区域都有不同的功能.划分出来的也叫JVM运行时数据区或者也叫内存布局.
在这里插入图片描述

1.1 堆区

堆区是各个数据区中最大的区域.
他的作用是:程序中创建的所有对象都保存在堆中.
这个区域是所有线程共享的.
堆中分为两个区域,一个是新生代,一个是老年代,新生代中还有三个区域,一个是伊甸区(Eden),两个生存区(s1/s0).具体这几个区域中都存放什么样的对象,我们后面讲到垃圾回收机制的时候再说.

1.2 程序计数器

这个区域是数据区域中最小的区域.
他的作用是:用来记录当前线程执行的行号.也就是当前要执行的下一条指令(JVM字节码)的地址,这个地址就是元数据区中的一个地址.
这块区域是各个线程都有自己单独的一块,也就是线程私有的.

1.3 元数据区

他的作用是:用来存储被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码等数据.
创建一个类之后产生的类对象就存储在这里.
方法相关的信息也存储在这里,类中都有一些成员方法,每个方法都代表一系列"指令集合"(JVM字节码指令).
这里还存储着常量池,不仅仅是string类型,也可能是数字等其他类型.
这个区域是各个线程共享的.

1.4 Java虚拟机栈

线程私有
Java虚拟机栈分为一下四部分:
1. 局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型(8大基本数据类型)、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进⼊⼀个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
2. 操作栈：每个方法会⽣成⼀个先进后出的操作栈。
3. 动态链接：指向运行时常量池的⽅法引用。
4. ⽅法返回地址：PC寄存器的地址。

1.5 本地方法栈

和Java虚拟机栈类似,
也是线程私有的
他两的区别就在于,Java虚拟机栈是给JVM使用的,而本地方法栈是给本地方法使用的.

1.6 不同形态的变量在数据区中的存储

基本原则:一个对象在哪个区域,取决于对应变量的形态.局部变量在栈上,成员变量在堆上,静态成员变量在元数据区.下面我们来举例说明:

class Test2{}
class Test{int a;Test2 t2 = new Test2();String s = "hello";static int b;
}
public static void main(String[] args){Test t = new Test();
}

在main方法中的t变量在栈上,用来保存对象的首地址.(堆上的地址).
new Test()在堆上.是通过new创建出的一个对象.
new Test2()在堆上,和上一个是同理,也是通过new创建出的一个对象.
Test类中的成员变量都在堆上.
static修饰的是属于类的属性,就会出现在元数据区的类对象中.

2. JVM类加载

一个Java进程要想跑起来,就要把Java先变成**.class文件.加载到内存中**,得到"类对象".这个所谓的跑起来,就是执行指令,要执行的CPU指令,都是通过字节码让JVM翻译出来的.

2.1 类加载过程

对于类加载的过程,总共分为一下几个步骤:

加载: 在硬盘上找到.class文件,读取文件内容.
连接
- 验证:.class里的内容,是否符合要求.class文件格式的内容在官方文档中有明确的规定,把读取到的内容,往这一套标准中套入,即可判断是否符合要求
- 准备:给类对象分配内存空间,分配之后,把这个空间里的数据先全部填充为0.
- 解析:针对字符串常量初始化,把刚才.class文件中常量内容取出,放到元数据区.
初始化:针对类对象的初始化,其中就包含对静态成员初始化,执行初始化,执行静态代码块.注意不是针对对象的初始化.

2.2 双亲委派模型

2.2.1 什么是双亲委派模型

在上述三部中,“加载"的过程中.会根据代码中"全限定类名”(包名+类名)找到对应的.class文件.在JVM加载.class文件,并找到.class文件的时候,就要用到双亲委派模型.
在JVM中包含这样一个特定的模块,叫做"类加载器",这个类负责完成后续的类加载工作.
如果⼀个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每⼀个层次的类加载器都是如此.

2.2.2 工作过程

在这里插入图片描述

这其中有三个类加载器: AppClassLoader,ExtClassLoader,BootStrapClassLoader.这三个类加载器存在父子关系,如上图所示.
[注意] 这里的父子关系不是通过类的继承方式来表示的,而是通过类加载器中的"parent"字段指向自己的父亲.
三个类加载器的作用:
- BootStrapClassLoader:加载标准库中的类.
- ExtClassLoader:加载JVM扩展库中的类.(各JVM厂商,在上述的标准上,对JVM进行了扩展,这样的扩展在JVM标准之外,但是在安装了JVM就有.
- AppClassLoader:加载第三方库的类和自己写的代码的类.
他们几个类加载器的工作过程就类似于望父成龙的过程.
- 工作从AppClassLoader开始,这个类加载器并不会立即搜索第三方库相关的目录.而是把任务交给自己的父亲来进行处理.也就是ExtClassLoader.
- 工作到了ExtClassLoader,也不会立即对自己负责的扩展库进行搜索,也是把任务交给自己的父亲来处理.
- 工作到了BootStrapClassLoader,BootStrapClassLoader也想交给自己的父亲进行处理.但是它的parent指向null,只能自己处理.在BootStrapClassLoader负责的标准库中的路径中搜索上述的类.
- 如果找到了,就搜索完成了,类加载器负责打开文件,读取文件等后续操作.
- 如果没有找到,任务还是要交给儿子来处理.
- 工作回到ExtClassLoader,搜索扩展库的类,如果找到了,搜索完成,如果没找到,继续交给儿子处理.
- 工作回到AppClassLoader,搜索第三方库中的类和自己创建的类.

举例说明:上司与下属处理问题
下属在发现一个问题的时候,不可以自己擅自处理,需要向上级上报,如果上报给上级之后,上级觉得这个问题非常重要,上级就会亲自处理,如果问题不是很重要,上级就会对下属说:"你自己看着办吧."于是下属就有权利处理这个问题了.

双亲委派模型适用于:自己写的类和标准库/扩展库冲突,JVM会确保加载的类是标准库中的类.
双亲委派模型可以破坏掉,我们可以通过自己实现类加载器来破坏模型.

3. JVM垃圾回收机制(GC)

3.1 什么是GC

这是Java提供的对于内存自动回收的机制.更本质地来说,GC其实回收的是"对象",回收的是"堆上的内存".回收对象的时候,一定是一次回收一个完整的对象,不能回收半个.
在这里插入图片描述

为什么GC只回收堆上的内存,不回收其他区域的?

程序计数器:不需要额外回收,他是每个线程私有的,线程销毁之后,自然就回收了.
栈:不需要额外回收,他是每个线程私有的,线程销毁之后,自然就回收了.
元数据区:一般也不需要,都是加载类,很少卸载类.

3.2 GC的工作流程

GC的工作流程分为两步:

找到谁是垃圾
释放对应的内存

3.2.1 判断谁是垃圾

判定一个对象是否是垃圾,判定的方式比较保守.判定某个对象是否存在引用指向它.使用对象,都是通过引用的方式来使用的,如果没有引用指向这个对象,意味着这个对象无法再代码中使用.于是就可以视为垃圾.

引用计数算法
[注意] 这种算法是PHP和python采用的算法,不是JVM采用的算法.
给对象增加⼀个引用计数器，每当有⼀个地方引用它时，计数器就+1；当引用失效时，计数器就-1；任何时刻计数器为0的对象就是不能再被使用的，即对象已"死".

但是这种方法存在很大的缺点,所以JVM才没有采用这样的方式.
- 额外消耗的存储空间较大
- 引用计数无法解决对象的循环引用问题
  什么是对象循环引用问题,我们来看下面这样一段代码.
- 首先创建了两个对象,并使用a,b引用指向他们,对象的计数+1.
- 之后两个对象中的t成员变量分别指向对方的引用,对象的计数+1.
- 之后让a,b指向null,a,b指向的对象的计数-1,但是还没有减为零,所以两个对象没有被视为垃圾回收掉.

class Test{Test t;
}
public static void main(String[] args){Test a = new Test();Test b = new Test();a.t = b;b.t = a;a = null;b = null;
}