Java面試題中高階進階（JVM篇Java記憶體）

码路编程發表於2024-10-31
Java面試題JVM記憶體

前言

本來想著給自己放鬆一下，刷刷部落格，突然被幾道面試題難倒！說說Java記憶體結構？說說物件分配規則？描述一下JVM載入class檔案的原理機制？似乎有點模糊了，那就大概看一下面試題吧。好記性不如爛鍵盤

*** 12萬字的java面試題整理 ***

Java記憶體結構

方法區和堆是所有執行緒共享的記憶體區域；而java棧、本地方法棧和程式設計師計數器是執行是執行緒私有的記憶體區域。

  • Java堆（Heap）,是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。Java堆是被所有執行緒共享的一塊內
    存區域，在虛擬機器啟動時建立。此記憶體區域的唯一目的就是存放物件例項，幾乎所有的物件例項都在這裡分配記憶體。
  • 方法區（Method Area）,方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，它用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。
  • 程式計數器（Program Counter Register）,程式計數器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，它的作用可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。
  • JVM棧（JVM Stacks）,與程式計數器一樣，Java虛擬機器棧（Java Virtual Machine Stacks）也是執行緒私有的，它的生命週期與執行緒相同。虛擬機器棧描述的是Java方法執行的記憶體模型：每個方法被執行的時候都會同時建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變數表、操作棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法被呼叫直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中從入棧到出棧的過程。
  • 本地方法棧（Native Method Stacks）,本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機器棧所發揮的作用是非常相似的，其區別不過是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機器使用到的Native方法服務。

說說物件分配規則

  • 物件優先分配在Eden區，如果Eden區沒有足夠的空間時，虛擬機器執行一次Minor GC。
  • 大物件直接進入老年代（大物件是指需要大量連續記憶體空間的物件）。這樣做的目的是避免在Eden區和兩個Survivor區之間發生大量的記憶體複製（新生代採用複製演算法收集記憶體）。
  • 長期存活的物件進入老年代。虛擬機器為每個物件定義了一個年齡計數器，如果物件經過了1次Minor GC那麼物件會進入Survivor區，之後每經過一次Minor GC那麼物件的年齡加1，知道達到閥值物件進入老年區。
  • 動態判斷物件的年齡。如果Survivor區中相同年齡的所有物件大小的總和大於Survivor空間的一半，年齡大於或等於該年齡的物件可以直接進入老年代。
  • 空間分配擔保。每次進行Minor GC時，JVM會計算Survivor區移至老年區的物件的平均大小，如果這個值大於老年區的剩餘值大小則進行一次Full GC，如果小於檢查HandlePromotionFailure設定，如果true則只進行Monitor GC,如果false則進行Full GC。

描述一下JVM載入class檔案的原理機制？

JVM中類的裝載是由類載入器（ClassLoader）和它的子類來實現的，Java中的類載入器是一個重要的Java執行時系統元件，它負責在執行時查詢和裝入類檔案中的類。
由於Java的跨平臺性，經過編譯的Java源程式並不是一個可執行程式，而是一個或多個類檔案。當Java程式需要使用某個類時，JVM會確保這個類已經被載入、連線（驗證、準備和解析）和初始化。
類的載入是指把類的.class檔案中的資料讀入到記憶體中，通常是建立一個位元組陣列讀入.class檔案，然後產生與所載入類對應的Class物件。
載入完成後，Class物件還不完整，所以此時的類還不可用。當類被載入後就進入連線階段，這一階段包括驗證、準備（為靜態變數分配記憶體並設定預設的初始值）和解析（將符號引用替換為直接引用）三個步驟。
最後JVM對類進行初始化，包括：
1)如果類存在直接的父類並且這個類還沒有被初始化，那麼就先初始化父類；
2)如果類中存在初始化語句，就依次執行這些初始化語句。 類的載入是由類載入器完成的，類載入器包括：根載入器（BootStrap）、擴充套件載入器（Extension）、系統載入器（System）和使用者自定義類載入器（java.lang.ClassLoader的子類）。
從Java 2（JDK 1.2）開始，類載入過程採取了父親委託機制（PDM）。PDM更好的保證了Java平臺的安全性，在該機制中，JVM自帶的Bootstrap是根載入器，其他的載入器都有且僅有一個父類載入器。
類的載入首先請求父類載入器載入，父類載入器無能為力時才由其子類載入器自行載入。JVM不會向Java程式提供對Bootstrap的引用。下面是關於幾個類載入器的說明

  • Bootstrap：一般用原生代碼實現，負責載入JVM基礎核心類庫（rt.jar）；
  • Extension：從java.ext.dirs系統屬性所指定的目錄中載入類庫，它的父載入器是Bootstrap；
  • System：又叫應用類載入器，其父類是Extension。它是應用最廣泛的類載入器。它從環境變數classpath或者系統屬性java.class.path所指定的目錄中記載類，是使用者自定義載入器的預設父載入器。

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