JVM成神之路

JVM是Java跨平台实现的基础，也是每个Java开发程序员必备的技能之一，因为在后期的JVM调优方面，好的调优结果可以直接影响项目的执行效率，因此本篇文章就会带大家搞懂JVM的常见问题。

首先，当一个基础的问题，JVM是如何运行的，具体的运行流程可以观看我下面画的一张图

基于以上的图片可以得知，JVM执行的流程可以分为下面几步：

1.编译器首先会把 .java 源代码编译为 .class 文件，然年通过类加载器将 .class 文件加载到 运行时数据区域。

2.因为 .class 文件是JVM能识别的一套指令集，操作系统并不认识，因此需要执行引擎来将 .class 文件 进行解释为操作系统可以识别的指令。

3.在执行引擎解释.class文件时，会调用本地方法库的方法来辅助执行。

所以啊，JVM是通过：类加载器，执行引擎，本地方法库，运行时数据区四个模块来执行Java程序的。

明白了JVM是如何运行的，那我们就正式进入JVM的探索之旅啦！！！（搬好小板凳坐好了，准备出发了.....）

JVM入门关：

一：JVM的内存布局是咋样的？

通常所说的内存布局是指运行时数据区，要与Java内存模型分清楚（JMM）,运行时数据区是指：堆，虚拟机栈，本地方法栈，方法区，程序计数器五个规范，这是在JVM虚拟机规范所提出来的。

堆：线程共享的，是JVM中最大的一块区域，存放的是对象的实例

虚拟机栈：线程私有的，存放是方法调用和局部变量（局部变量表，动态链接，操作数栈，方法出口）

本地方法栈：线程私有的，与虚拟机栈类似，存放的是本地方法（c++）

程序计数器：线程私有的，存放的是当前程序进行到了哪一步（当前指令的内存地址）

方法区：线程共享的，存放的是类的结构信息和静态成员变量，常量池等信息。

那什么是Java虚拟机规范呢？

Java虚拟机规范是指各个虚拟机的实现要遵守的一套规则，而Java虚拟机则是规范的具体实现，不同的操作系统都有自己的Java虚拟机实现，因此Java程序在可以一次编写处处可用。

二：方法区，永久代，元空间有什么区别？

方法区是Java虚拟机规范提出的一个专业名词规范，意味着所有的虚拟机实现都会执行该规范，而永久代是Jdk1.7之前的方法区的称呼（默认是使用的HotSpot虚拟机），在1.8之后，用元空间取代了永久代。

为什么要取消永久代呢？

是因为永久代的空间管理很难在满足需求，会出现OOM的问题，因此用元空间取代了永久代，永久代的改动如下：

1.空间大小可以动态调整，这时用的内存空间使用的是本地内存，而不是堆上的内存。

2.字符串常量池从永久代移动到了堆中，减少了方法区GC的压力。

三：常量池和字符串常量池有什么区别？

常量池和字符串常量池都是运行时数据区的一部分，但是二者有以下区别：

1.在jdk1.7之后，将字符串常量池从永久代移动到了堆中，而常量池是存放在元空间中的本地内存中。

2.常量池拥有更多的方法，可以存放字符常量，类，方法，字段的常量，而字符串常量池只可以存放字符串的常量

字符串常量池如下：

四：什么是堆溢出，什么情况下会造成堆溢出

堆溢出是指内存中有大量的垃圾对象无法回收，从而造成堆的内存溢出

常见的堆溢出有以下几种情况：

1.内存泄露：例如使用ThreadLocal时，没有主动释放就会导致内存泄漏。

2.无限创建大量对象

3.没有合理设置堆得大小

4.大量的Execl的导入和导出

五：什么是栈溢出，什么情况下会造成栈溢出

栈溢出通常是指虚拟机栈溢出，而导致虚拟机栈溢出的主要原因是死循环和无限创建大的对象。

例如以下代码，就是一个典型的栈溢出现象，在 main 方法中循环调用 main 方法，循环产生的大量形参都会在栈空间进行创建，当超过栈空间的大小，就会导致栈空间溢出，发生 OOM。

public class StackOverflowErrorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        main(args);   // Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    }
}

JVM进阶关：

恭喜你，小伙伴已经走到了JVM的进阶关卡了，下面我们就继续向JVM进发吧！！！

六：Java是编译型语言还是解释性语言，什么是JIT,什么是热点代码？

小伙伴是不是刚看到这个还有点懵，这什么东西，还是连着三个？？？小伙伴不要着急，我们慢慢来分析解决。

首先

解释型语言：不需要事先编译成机器码，而是在程序运行时将源代码逐行解释执行，例如JS语言就是典型的解释型语言 优点：跨平台性能好，无需编译 缺点：执行效率低

编译型语言：在程序执行前将源代码编译成机器可识别的机器码，然后执行，只需要编译一次，生成的可执行文件可重复运行。 优点：执行效率高 缺点：跨平台能力有限

而Java语言是属于二者之间的，也叫编译-解释型语言

编译阶段： .Java源文件经过编译器编译为 .calss 文件（字节码文件与平台无关，可以在任何系统的虚拟机上执行）

解释阶段：当程序执行时，java虚拟机会加载字节码，并对字节码进行解释执行（JIT:即时编译），JIT会对频繁执行的字节码编译成机器指令用来提高性能。

那热点代码又是啥？其实很简单，在不同的Jdk版本中，对于热点代码的定义是有所不同的，在 JDK 21 Client模式下为1500次，而在JDK 21 Server 模式下为10000次

热点代码的识别基于两种策略：方法调用次数和回边计数。

七：对象的生命周期包含哪些？

对象的生命中周期大致可以分为以下几个阶段

1.加载：根据类的全限定名将其转换为此类的二进制字节流，然后将此二进制流加载到运行时数据区中的方法区，在内存中生成一个这个类的对象，作为类的数据访问入口

2.链接：

2.1：验证：验证阶段主要是验证此类中的数据是否合法，例如验证文件格式，字节码，符号的引用等

2.2：准备：为类中定义的静态变量分配内存并设置类的初始值，此时并不会真正赋值，而是赋默认值

2.3：解析：将常量池中的符号引用转换为直接引用的过程，也就是初始化常量。

3.初始化：此时Java虚拟机才开始真正执行类的业务代码，将主导权交给主程序

4.使用：在程序中使用该类

5.销毁：此类的实例没有引用时就会根据垃圾回收算法回收此类的实例。

八：什么是双亲委派模型

所谓的双亲委派模型是指：当一个类加载器收到了类加载的请求，首先类不会自己加载而是将请求委派给父类的加载器，每一次都是如此，最终这个类的加载请求会到达顶级类的类加载器即启动类加载器（BootStrap ClassLoader）,当父类无法加载该请求时，子类才会尝试自己记载该请求

使用双亲委派模型的好处：

1.避免类的重复记载

2.更加安全

九：Java有哪些场景是打破了双亲委派机制的

1.SPI机制

SPI机制就是“服务提供发现”机制，例如数据库的驱动就是典型SPI机制，用户调用JDBC接口，而各个数据库厂商都会实现JDBC的驱动，因此是从上往下来实现的

2.Tomcat

一个外置的Tomcat要部署多个应用，多个web应用程序在一个Tomcat容器类运行，而不会造成相互干扰和类冲突，因此Tomcat也打破了双亲委派机制

十：Java有哪些引用类型

在jdk1.2以后Java官方提出了四种引用类型，分别为：强引用，软引用，弱引用，虚引用四种

强引用：一般来说，强引用是最常见的，使用Object object = new Object()；都是强引用，除非是显示调用System.gc()，一般垃圾回收器不会主动去回收强引用的对象。类似于公司员工的核心员工一样

软引用：软引用是指一些还有用但不是必须回收的对象，类似于公司员工的好员工。只有在内存实在不够用的时候才会去垃圾回收

弱引用：弱引用是指不管内存是否够用，在下一次GC的时候一定会进行垃圾回收的对象，在Java中典型的运用的就是ThreadLocal中value的引用类型就是弱引用，因此为了防止内存泄露，需要爱使用完ThreadLocal后手动调用remove()方法释放内存，类似于公司员工的一般员工一样。

虚引用：在Java中虚引用又称为幻想引用，不能使用虚引用指向的对象，类似于不合格员工。

JVM成神关：

恭喜小伙伴一路过五关斩六将来到了最后的一部分，JVM成神之路.......

十一：如何判断一个对象是否存活

在Java中利用引用计数法和可达性分析算法来判断一个对象是否存活。

引用计数法：给对象增加一个引用计数器，每当有对象引用时计数器+1，当引用失效时计数器-1，当计数器指向0时，表示该对象已经死亡 优点：实现简单，效率高 缺点：无法解决对象之间的循环引用问题

可达性分析：是指通过一个“GC Roots”的根节点开始逐步向下探索，走过的路径称为引用链，当引用链没有与之直接相连的话，就判断该对象是不可存活的。

那么通常又有哪些对象可以成为GC Roots呢？

1.虚拟机栈中引用的对象

2.本地方法栈中引用的对象

3.方法区中静态变量的引用对象

4.方法区中常量的引用对象

十二：常见的垃圾回收算法有哪些？

在Java中常见的垃圾回收算法有：标记-清除算法，标记-整理算法，复制算法，分代算法等

标记-清除算法：是Java垃圾回收算法中最常见的一种垃圾回收算法，它的核心思想是统一标记可回收的对象，然后统一进行垃圾回收 优点：执行效率比较高，实现简单 缺点：使用标记-清除算法会出现大量的垃圾碎片，如果需要一大片连续的内存空间时候，此种垃圾回收的效率就会打折扣。

标记-整理算法：标记-整理算法其实是标记-清除算法的一种升级，在统一标记后并不会立即执行垃圾回收，而是将存活的对象移动到另一端，然后清理端外的垃圾对象。 优点：不会存在垃圾碎片的问题 缺点：执行效率比较低下，因为在标记后还需要进行整理存活对象到另一端

复制算法：复制算法是标记-整理算法的一种升级，它的目的就是解决标记-整理算法的效率问题，它将可用内存区域按容量划分为两块大小相等的区域，然后在一块区域进行使用，当需要垃圾回收的时候，会将使用区域的存活对象复制到另一块未使用的区域，然后统一清除使用区域的垃圾对象 优点：执行效率高，不会存在垃圾碎片 缺点：内存空间的利用率比较低

分代算法：分代算法就是将堆内存区域划分为新生代，老生代，然后在各自的区域进行垃圾回收的一种算法

分代算法的大致流程如下：

将堆内存区域划分为新生代，老生代，新生代占比1/3，老生代占比2/3，然后新生代区域又细分为3个区域：end区，To Survivor ，From Survivor占比分别为8：1：1 执行流程大致如下： 1.end区+from Survivor区存活的对象放入 To Survivor区

2.清空end区，from Survivor区

3.交换from Survivor区，To Survivor区

每交换一次存活的对象的年龄+1，当对象的年龄到达15时（HostPot默认是15），就会将该对象放进老生代，当老生代的区域不够用时，就会触发Full GC（全局垃圾回收）。

十三：JVM常见的垃圾回收器有哪些？

常见的垃圾回收器下图所示：在新生代的Serial，ParNew，parallel Scavenge 在老生代的Serial Old，CMS，Parallel Old 已经后续一直在沿用的默认的垃圾回收器G1

在新生代的垃圾回收器常采用的垃圾回收算法是复制算法，在老生代采用的则是标记-整理算法

Serial，Serial Old是单线程环境下的串行执行的，不支持并发操作，意味着在进行垃圾回收时会阻塞用户线程，直到垃圾收集完成。

ParNew 相当于Serial的升级版本，唯一的区别就是ParNew 采用的并行回收，适用于多线程环境下

Parallel Scavenge，Parallel Old是专注于吞吐量的垃圾回收器 （吞吐量 = 用户线程执行时间/总时间 * 100% = 用户线程执行时间/（GC时间+用户线程执行时间）* 100%）

CMS：专注于最短停顿时间的垃圾回收器

十四：CMS垃圾回收器有什么特点

CMS：并发标记清理回收器，是一种获取最短回收停顿时间为目标的垃圾收集器

CMS第一次初始标记，实现用户线程和垃圾回收线程同时执行 ，采用的是标记-清除垃圾回收算法，也会存在STW(Stop the word，全局停顿)，是一款老生代的垃圾回收器

优点：低延迟，并发收集 缺点：采用标记-清除算法会产生垃圾碎片

十五：CMS垃圾回收期的执行流程是怎么样的呢？

CMS的执行流程如图所示

1.初始标记：只标记GC Roots直接关联的对象，速度很快

2.并发标记：和用户线程同时会执行：GC Roots直接关联的对象继续向下探索，形成一条引用链

3.重新标记：对上一步“并发标记”阶段用户线程还在执行对象的变动进行修正标记

4.并发清除：使用并发-清除算法进行垃圾回收

好了，恭喜小伙伴，已经成功完成了JVM成神之路的所有关卡，与预祝小伙伴在未来的编程生涯中一路畅通，永无BUG！！！

（PS:本文一些图片配图来自于其他网络，若图片作者有看到请联系我删除）