面试题-虚拟机

什么是虚拟机/h2>

Java 虚拟机，是一个可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。Java 源文件被编译成能被 Java 虚拟机执行的字节码文件(  )。

Java 被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java 虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

但是，跨平台的是 Java 程序(包括字节码文件)，，而不是 JVM。JVM 是用 C/C++ 开发的，是编译后的机器码，不能跨平台，不同平台下需要安装不同版本的 JVM 。

也就是说，JVM 能够跨计算机体系结构来执行 Java 字节码，主要是由于 JVM 屏蔽了与各个计算机平台相关的软件或者硬件之间的差异，使得与平台相关的耦合统一由 JVM 提供者来实现。

JVM 由哪些部分组成/h2>

JVM 的结构基本上由 4 部分组成：

• 类加载器，在 JVM 启动时或者类运行时将需要的 class 加载到 JVM 中。

• 内存区，将内存划分成若干个区以模拟实际机器上的存储、记录和调度功能模块，如实际机器上的各种功能的寄存器或者 PC 指针的记录器等。

• 执行引擎，执行引擎的任务是负责执行 class 文件中包含的字节码指令，相当于实际机器上的 CPU 。

• 本地方法调用，调用 C 或 C++ 实现的本地方法的代码返回结果。

JVM 运行内存的分类/h2>

• 程序计数器： Java 线程私有，类似于操作系统里的 PC 计数器，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
  • 如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个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 Native 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。
  • 此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
• 虚拟机栈（栈内存）：Java线程私有，虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：
  • 每个方法在执行的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量、操作数、动态链接、方法出口等信息。
  • 每个方法调用都意味着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
• 本地方法栈 ：和 Java 虚拟机栈的作用类似，区别是该区域为 JVM 提供使用 Native 方法的服务。
• 堆内存（线程共享）：所有线程共享的一块区域，垃圾收集器管理的主要区域。
  • 目前主要的垃圾回收算法都是分代收集算法，所以 Java 堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等，默认情况下新生代按照  的比例来分配。
  • 根据 Java 虚拟机规范的规定，Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘一样。
• 方法区（线程共享）：各个线程共享的一个区域，用于存储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。
  • 虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。
  • 运行时常量池：是方法区的一部分，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。

Java 内存堆和栈区别/h2>

• 栈内存用来存储基本类型的变量和对象的引用变量；堆内存用来存储Java中的对象，无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。
• 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存；堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。
• 如果栈内存没有可用的空间存储方法调用和局部变量，JVM 会抛出  错误；如果是堆内存没有可用的空间存储生成的对象，JVM 会抛出  错误。
• 栈的内存要远远小于堆内存，如果你使用递归的话，那么你的栈很快就会充满。 选项设置栈内存的大小， 选项可以设置堆的开始时的大小。

JVM 中堆和栈属于不同的内存区域，使用目的也不同。栈常用于保存方法帧和局部变量，而对象总是在堆上分配。栈通常都比堆小，也不会在多个线程之间共享，而堆被整个 JVM 的所有线程共享。

JAVA 对象创建的过程

 经历过什么过程

1）检测类是否被加载

当虚拟机遇到  指令时，首先先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，就执行类加载过程。

2）为对象分配内存

类加载完成以后，虚拟机就开始为对象分配内存，此时所需内存的大小就已经确定了。只需要在堆上分配所需要的内存即可。

3）为分配的内存空间初始化零值

对象的内存分配完成后，还需要将对象的内存空间都初始化为零值，这样能保证对象即使没有赋初值，也可以直接使用。

4）对对象进行其他设置

分配完内存空间，初始化零值之后，虚拟机还需要对对象进行其他必要的设置，设置的地方都在对象头中，包括这个对象所属的类，类的元数据信息，对象的 hashcode ，GC 分代年龄等信息。

5）执行 init 方法

执行完上面的步骤之后，在虚拟机里这个对象就算创建成功了，但是对于 Java 程序来说还需要执行 init 方法才算真正的创建完成，因为这个时候对象只是被初始化零值了，还没有真正的去根据程序中的代码分配初始值，调用了 init 方法之后，这个对象才真正能使用。

类的加载过程

Java的类加载过程分为三个主要步骤：加载、链接、初始化
加载阶段（Loading）：它是Java将字节码数据从不同的数据源读取到JVM中。我们可以自定义类加载器，去实现自己的类加载过程。
链接阶段（Linking）：这是核心的步骤，简单说是把原始的类定义信息平滑地转化入JVM运行的过程中。这里可进一步细分为三个步骤：验证（Verification）JVM需要核检字节信息是符合Java虚拟机规范的；准备（Preparation）创建类或接口中的静态变量，并初始化静态变量的初始值；解析（Resolution）常量池中的符号引用替换为直接引用。
初始化（Initialization）：这一步真正去执行类初始化的代码逻辑。

有哪些 OutOfMemoryError 异常/h2>

在 Java 虚拟机中规范的描述中，除了程序计数器外，虚拟机内存的其它几个运行时区域都有发生的 OutOfMemoryError(简称为“OOM”) 异常的可能。

• Java 堆溢出
• 虚拟机栈和本地方法栈溢出

• 方法区和运行时常量池溢出

Java 对象有哪些引用类型/h2>

• 强引用
• 软引用（SoftReference）
• 弱引用（WeakReference）
• 虚引用（PhantomReference）

1）强引用

以前我们使用的大部分引用实际上都是强引用，这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java 虚拟机宁愿抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

2）软引用（SoftReference）

如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收，JAVA 虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

3）弱引用（WeakReference）

如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

4）虚引用（PhantomReference）

“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃 圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

垃圾回收机制垃圾回收机制

https://blog.csdn.net/qq_36154832/article/details/95174359

来源：钦拆大仁