【面试题一】谈谈JVM内存模型

JVM内存区域的划分，之所以划分是为了JVM更好的进行内存管理。就好比一间卧室，这块放床，这块放个电脑桌，每块地方各自有各自的功能，床用来睡觉，电脑桌用来办公打游戏。而JVM划分的内存区域也是各自有各自的用处。首先当JVM启动时，会申请一块很大的空间，然后把这块空间分成几块较小的区域，如下图。

1. 本地方法栈：是用来存储JVM内部的native方法之间调用的关系的。本地方法栈是JVM内部C++写的代码。
2. 虚拟机栈：是给Java代码使用的栈，存储的是Java方法之间调用的关系。可以认为包含了多个元素，每个元素是一个方法，一个元素又可以称为“栈帧”，一个栈帧里会包含**“方法的入口地址、方法的返回地址、方法参数和局部变量”**，并且一个线程拥有一个栈，栈是线程私有的。
3. 程序计数器：描述的是一个线程当前执行到了哪条指令，每个线程有一份。
4. 堆：是JVM里最大的一块空间，存储的是NEW出的对象，类的成员变量。一个进程有一份，多个线程共享一份堆。
5. 元数据区：在Java8之前是称为“方法区”的，在Java8之后才成为“元数据区”，存储的是类对象、静态成员变量和常量池。一个进程有一份，多个线程共享一份。

注意一下哈，此处总结为：栈存储的是局部变量，堆储存的是普通成员变量，元数据区存储的是静态成员变量。

【面试题二】谈谈JVM类的加载过程

类加载就是找到.class文件，然后把文件内容从硬盘里读取到内存中。大概流程如下：

1. 加载：就是找到.class文件，打开文件，然后把文件内容从硬盘读到内存中，最后完成加载得到类对象。
2. 验证：即验证.class文件的格式是否正确，.class文件是一个二进制的文件。在官方的虚拟机规范文档里有描述这个二进制文件长啥样。
3. 准备：给类对象分配一个内存空间，也就是在元数据区里占个位置，此时会把静态成员变量初始为0值。
4. 解析：初始化字符串常量，把符号引用转为直接引用。
5. 初始化：此时才会真正的给类对象的内进行初始化，也就是进行成员的初始化，执行代码块、静态代码块和加载父类。

解释一下符号引用和直接引用是什么：字符串常量得有一块内存空间进行存放，然后使用一个引用来指向这个内存空间的起始地址，但是在类加载前，字符串常量是存放在.class文件里的，此时并未分配空间，也就是这个引用其实指向的是一个类似于“偏移量”或者是“占位符”的一个东西，这个就是“符号引用”。而当类加载后，字符串常量才会被真正的分配一个内存空间，此时这个引用才会指向这个内存空间的起始地址，这个就称为“直接引用”，这个过程就是“符号引用”转为“直接引用”。

【面试题三】一个类什么时候会被加载

只有当一个类被真正使用到了才会被加载，并不是当Java程序一启动就把所有类进行加载。比如进行构造类的实例，调用类的静态方法或者静态属性都会执行类加载。当使用子类时会先加载父类，并且一个类一旦被加载后，不会被重复加载。

【面试题四】谈谈双亲委派模型

​ 双亲委派模型描述的是如何找到.class文件。JVM提供了三个类加载器，BootStrapClassLoard负责加载标准库中的类，ExtensionClassLoard负载加载JVM扩展库中的类。（扩展库就是Java规范之外，由实现JVM的厂家提供的额外功能的库）ApplicationClassLoard负责加载第三方库的类和程序猿自定义的类。这三个类存在“父子关系”，即每个类里有个parent属性，这个属性里存储的是自己的“父·类加载器”。Application的父类加载器是Extension，Extension的父·类加载器是Bootstrap。

​ 当进行类加载时，会先Application开始，不过Application会把执行加载的任务交给自己的父类，只有当自己的父类加载完成后或者没有父类，自己才会真正的执行加载任务，于是此时任务交给了Extension，而Extension又把任务交给了BootStrap，最后BootStrap由于没有父类加载器，于是BootStrap开始执行类加载，去标准库里找到相关的类进行加载，如果没有找到剩余的类，就会把任务交给自己的子类加载，此时Extension会执行加载任务，会去扩展库中找到相关的类进行加载，最后把任务交给Application加载，去第三方库和自定义的类里找到并且加载，如果剩余的类没有找到，此时会报一个“类找不到”这样的异常。

​ **为什么会有这样的顺序？**之所以有这样的顺序是由于JVM的实现是按照类似于递归的方式实现的，于是就导致了从上到下又从下到上的顺序，其次也是为了保证BootStrap先加载，Application最后加载，这样可以避免程序猿自定义的一些类，引起了JVM内部bug。比如自定义写了个java.lang.String，按照上述流程就是先加载的是标准库里的String类，就不会导致JVM内部已经实现的代码出现bug。类加载器也可以自定义，并且可以存放在三个类加载器的任意位置。

【面试题五】谈谈Java的垃圾机制

GC垃圾回收就是把不用的内存给自动释放掉，这样的好处是写代码简单，不容易出错，但是会额外占用系统资源。如果当内存垃圾很多了，此时触发了GC操作，就会占用很多的系统资源，并且GC的有些操作会有一些锁操作，此时就会导致正常执行的业务代码无法执行，这种问题就称为“STW“问题（Stop The World）

GC进行垃圾回收是以“对象”单位回收的。此处可以把对象分为三类：一是正在使用的内存，二是不用了但未被回收的内存，三是未被分配内存的。像一部分在使用一部分未使用的对象是不会被回收的，比如一个对象里有些属性还在使用，而有些属性已经用完了。GC的具体工作流程是：先找到垃圾，然后进行释放。

• 找到垃圾：使用的是可达性分析策略。JVM存有一份所有对象的名单，可达性分析就是把所有对象看作为一棵树，从根节点开始遍历，能访问到的就标记为“可达”，访问不到的标记为“不可达”，然后把这些不可达的对象当成垃圾给释放掉，可达性遍历会进行周期性的遍历。因为Java里的对象都是通过引用来指向进行访问内存的，而一个对象里的成员又可以通过引用指向另一个对象，因此就会构成一个类似于树形的结构，可达性分析的根节点/起点称为GCroots，GCroots可以是栈上的局部变量、常量池的对象和静态成员变量

• 对象的释放/垃圾释放：进行垃圾的释放有以下几种策略

  1. 标记清除：标记清除就是把标记为垃圾的空间直接释放掉，简单高效，不过会导致内存碎片问题，由于Java申请空间都是连续性的，所以当申请一个较大的空间时，可能就会申请失败。

  2. 复制算法：解决了内存碎片的问题， 复制算法就是把一个空间分成两部分，每次只用一半的内存，然后当进行垃圾回收时，把不是垃圾的对象复制到另一半没有使用的内存里，由于对象是按顺序复制过来的，所以不会有内存碎片问题。但是复制算法的成本比较高，当垃圾较少时，有效对象多，此时触发复制算法，复制的成本就比较大。

     

     进行了复制算法，把左侧对象1（垃圾）进行了删除，此时右侧内存是顺序存放的，所以内存空间是连续的，下次比如对象2变成了垃圾，就会把对象3复制到左侧内存空间，然后直接把对象2进行释放。

     

  3. 标记整理：标记整理解决了空间利用率低的问题，类似于顺序表删除元素或者搬运元素。比如内存里有1、2、3、4、5、6此时2、4、6为垃圾，就把3、5往前进行搬运，把2、4覆盖掉，最后把6直接释放。

     

  4. 分代回收：基于前面几种策略，设计出一个复合型的策略，即把垃圾回收分为不同的场景，每个场景使用不同的算法。Java对象的生命周期一般比较长，要么就很短，所以可以根据生命周期的长短，引入一个“年龄”的概念，单位是熬过GC的轮次，即当GC扫描一轮后，当前对象存活下来就把年龄+1，每个刚NEW出来的对象年龄为0。JVM把堆划分出一系列的区域，先把一整个空间划分为两部分，一部分为新生代，另一部分为老年代，在新生代里划分出一个较大的伊甸区，和两个同等大小的幸存区，伊甸区存放刚NEW出来的新对象，当熬过一轮GC后，使用复制算法把对象复制到第一个幸存区，到了幸存区后，当前对象需要继续接受GC周期性的扫描，当第二次熬过GC轮次后，从第一个幸存区复制到第二个幸存区，这样来回两个幸存区复制，当对象的年龄达到15时，就复制到老年代，进入老年代后，GC就会降低扫描的频率，因为当进入老年代说明当前对象生命周期很长，短时间内不会成为垃圾，当老年代里的对象称为垃圾时，会使用标记整理的策略进行垃圾释放。