大家好，今天總結(jié)了一下老生常談的 JVM，這也是面試必問的知識(shí)。

創(chuàng)新互聯(lián)建站為企業(yè)級(jí)客戶提高一站式互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)計(jì)服務(wù)，主要包括網(wǎng)站制作、成都做網(wǎng)站、app軟件開發(fā)公司、微信小程序定制開發(fā)、宣傳片制作、LOGO設(shè)計(jì)等，幫助客戶快速提升營銷能力和企業(yè)形象，創(chuàng)新互聯(lián)各部門都有經(jīng)驗(yàn)豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以確保每一個(gè)作品的質(zhì)量和創(chuàng)作周期，同時(shí)每年都有很多新員工加入，為我們帶來大量新的創(chuàng)意。 

話不多說，整起來!

一、JVM 是什么?

1、Java 虛擬機(jī)(Jvm)是可運(yùn)行 Java 代碼的假想計(jì)算機(jī)。

2、Jvm 充當(dāng)著一個(gè)翻譯官的角色，我們平常所編寫出的 Java 程序，是不能夠被操作系統(tǒng)所直接識(shí)別的，這時(shí)候 JVM 的作用就體現(xiàn)出來了，它負(fù)責(zé)把我們的程序翻譯給系統(tǒng)“聽”，告訴它我們的程序需要做什么操作。

3、Jvm 針對(duì)每個(gè)操作系統(tǒng)開發(fā)其對(duì)應(yīng)的解釋器，所以只要其操作系統(tǒng)有對(duì)應(yīng)版本的 Jvm，那么這份 Java 編譯后的代碼就能夠運(yùn)行起來，有句話大家一定聽說過:「Java 能一次編譯到處運(yùn)行」，這就是原因所在。

二、Jvm 的體系架構(gòu)?

Jvm 是這四部分組成：

• 運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)
• 類加載器
• 執(zhí)行引擎
• 垃圾回收器

下面就聊聊這四個(gè)部分~~

2.1 運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)

Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行 Java 程序的過程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，這些區(qū)域各有各的作用，各有各的生命周期。

有些區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動(dòng)和結(jié)束建立和銷毀。

運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)的劃分：方法區(qū)、虛擬機(jī)棧，本地方法棧、堆、程序計(jì)數(shù)器

上面這張圖大家一定都見過，其實(shí)可以劃分的更細(xì)點(diǎn)，看下面的這兩張圖：

能看出 1.8 版本前后的差別么，下面就看看這些區(qū)域都干啥的~~

程序計(jì)數(shù)器

• 其實(shí)你可以把它看作是當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，在 Jvm 工作時(shí)，就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程的恢復(fù)等工作都需要依賴程序計(jì)數(shù)器去完成。它就好像是一個(gè)路口的紅綠燈一樣。

特點(diǎn)：1、占用很小的內(nèi)存 2、各線程私有

就比如下面字節(jié)碼一樣，每一行開頭的黃色數(shù)字，我們就可以認(rèn)為它是程序計(jì)數(shù)器所存儲(chǔ)的內(nèi)容：

 
 
 
 

  
  
  
  
public void doSth1();
  
  
  
  
   descriptor: ()V
  
  
  
  
   flags: ACC_PUBLIC
  
  
  
  
   Code:
  
  
  
  
     stack=2, locals=3, args_size=1
  
  
  
  
        0: ldc           #5
  
  
  
  
        2: dup
  
  
  
  
        3: astore_1
  
  
  
  
        4: monitorenter
  
  
  
  
        5: getstatic     #2
  
  
  
  
        8: ldc           #3
  
  
  
  
       10: invokevirtual #4
  
  
  
  
       13: aload_1
 
 
 
 

虛擬機(jī)棧

• 虛擬機(jī)棧，其描述的就是線程內(nèi)存模型，也可以稱作線程棧，也是每個(gè)線程私有的，生命周期與線程保持一致。在每個(gè)方法執(zhí)行的時(shí)候，jvm 都會(huì)同步創(chuàng)建一個(gè)棧幀去存儲(chǔ)局部變量表，操作數(shù)棧，動(dòng)態(tài)連接，方法出口等信息。一個(gè)方法的生命周期就貫徹了一個(gè)棧幀從入棧到出棧的全部過程。

特點(diǎn)：1、隨線程而生、隨線程而死 2、先進(jìn)后出

棧示意圖：

本地方法棧

• 本地方法棧，和虛擬棧其實(shí)很相似的，我們知道，java 底層用了很多 c 的代碼去實(shí)現(xiàn)，而其調(diào)用 c 端的方法上都會(huì)有 native 來代表本地方法，而本地方法棧就是為其服務(wù)的。

特點(diǎn)：1、各線程私有 2、和本地方法有關(guān)

native 修飾的方法：

 
 
 
 

  
  
  
  
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
 
 
 
 

堆

1. 堆可以說是 jvm 中最大的一塊內(nèi)存區(qū)域了，它是所有線程共享，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都會(huì)在這里分配。
2. java 堆是垃圾回收器主要回收的區(qū)域。從內(nèi)存回收的角度來說，堆空間可以分為新生代和老年代，而新生代又可以分為伊甸區(qū)，Survivor 區(qū)。

特點(diǎn)：1、所有線程共享 2、占用大的內(nèi)存空間 3、先進(jìn)先出

堆的劃分：

方法區(qū)

1. 方法區(qū)，也是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它是用來被存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
2. 從上面的圖，可以看到 1.8 之前和之后，方法區(qū)所在的位置是有差別的。在 Java 8 之前有個(gè)永久代的概念，實(shí)際上指的是 HotSpot 虛擬機(jī)上的永久代，它用永久代實(shí)現(xiàn)了 JVM 規(guī)范定義的方法區(qū)功能，這部分由于是在堆中實(shí)現(xiàn)的，受 GC 的管理，不過由于永久代有 -XX:MaxPermSize 的上限，所以如果大量地調(diào)用 String.intern 方法 (將字段串放入永久代中的常量區(qū))或 動(dòng)態(tài)生成類(將類信息放入永久代)，很容易造成 OOM。
3. 所以，在 Java 8 中就把方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)移到了本地內(nèi)存中的元空間中，這樣方法區(qū)就不受 JVM 的控制了，這個(gè)區(qū)域也就不會(huì)進(jìn)行 GC，也因此提升了性能，正因?yàn)榉诺搅吮镜貎?nèi)存，也就不存在由于永久代限制大小而導(dǎo)致的 OOM 異常了。
4. 另外，運(yùn)行時(shí)常量池也是方法區(qū)的一部分，用來存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容在類加載后進(jìn)入該常量池中。

特點(diǎn)：1、所有線程共享 2、1.8 之后移到了元空間 3、涉及到常量池

直接內(nèi)存

從上面的圖中，看到有直接內(nèi)存這個(gè)區(qū)域

• 直接內(nèi)存，并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，其實(shí)可以理解為堆外內(nèi)存，在一些場(chǎng)景下，比如：NIO 類引入了一種基于通道(Channel)與緩沖區(qū)(Buffer)的 IO 方式,它可以使用 Native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ) Java 堆中的對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用，這樣能夠顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬?Java 堆和 Native 堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

2.2 類加載器

1、什么是類加載機(jī)制?

JVM 運(yùn)行時(shí)，java 虛擬機(jī)會(huì)把描述類的數(shù)據(jù)從 Class 文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換、解析和初始化，最終形成可以被 jvm 可以直接使用的類型，這就是類加載機(jī)制。

2、說說類加載的過程?

開局一張圖：

這張圖說明了類從加載到虛擬機(jī)內(nèi)存開始，到卸載出內(nèi)存為止，它的整個(gè)生命周期。

一般來說，我們把 Java 的類加載過程分為三個(gè)主要步驟：加載、鏈接、初始化，具體行為在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范里有非常詳細(xì)的定義。

1、首先是加載階段

1. 它是 Java 將字節(jié)碼(jar 包)數(shù)據(jù)從不同的數(shù)據(jù)源讀取到 JVM 中，并映射為 JVM 認(rèn)可的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Class 對(duì)象)，
2. 重點(diǎn)：加載階段是用戶參與的階段，我們可以自定義類加載器，去實(shí)現(xiàn)自己的類加載過程。
3. 通過字節(jié)流將類的.class 文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存。然后在堆中創(chuàng)建 java.lang.class 對(duì)象，用來封裝類在方法區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4. 只會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Class 對(duì)象，該 Class 對(duì)象來描述有哪些構(gòu)造方法，都有哪些成員變量

2、第二階段是鏈接，這是核心的步驟，簡單說是把原始的類定義信息平滑地轉(zhuǎn)化入 JVM 運(yùn)行的過程中。這里可進(jìn)一步細(xì)分為三個(gè)步驟：

① 驗(yàn)證

1. 這是虛擬機(jī)安全的重要保障，JVM 需要核驗(yàn)字節(jié)信息是符合 Java 虛擬機(jī)規(guī)范的，否則就被認(rèn)為是 VerifyError，這樣就防止了惡意信息或者不合規(guī)的信息危害 JVM 的運(yùn)行，
2. 驗(yàn)證階段有可能觸發(fā)更多 class 的加載。

② 準(zhǔn)備

1. 創(chuàng)建類或接口中的靜態(tài)變量，并初始化靜態(tài)變量的初始值。
2. 但這里的“初始化”和下面的顯式初始化階段是有區(qū)別的，
3. 測(cè)重點(diǎn)在于分配需要的內(nèi)存空間，不會(huì)去執(zhí)行更進(jìn)一步的 JVM 指令

這里的初始化是指：

1、8 種基本數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)初始值是 0。

2、引用類型默認(rèn)的初始值是 null。

3、對(duì)于有 static final 修飾的常量會(huì)直接賦值，例如：static final int x=123;則 x 直接會(huì)初始化為 123。

③ 解析

1. 在這一步會(huì)將常量池中的符號(hào)引用(symbolic reference)替換為直接引用。
2. 符號(hào)引用就是唯一的字符串，直接引用可以理解為一個(gè)地址值和偏移量

3、最后是初始化階段

這一步真正去執(zhí)行類初始化的代碼邏輯，包括靜態(tài)字段動(dòng)作，以及執(zhí)行類定定義中的靜態(tài)初始化塊內(nèi)的邏輯編譯器在編譯階段就會(huì)把這部分邏輯整理好，父類型的初始化邏輯優(yōu)先于當(dāng)前類型的邏輯。

初始化順序：

• 先是父類靜態(tài)域(靜態(tài)成員變量)或者靜態(tài)代碼庫塊
• 然后是子類靜態(tài)域或者子類靜態(tài)代碼塊
• 所以最先初始化的總是 java.lang.Object 類

三、什么時(shí)候會(huì)對(duì)類進(jìn)行初始化?

通過 new 關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象、讀取或設(shè)置類的靜態(tài)變量、調(diào)用類的靜態(tài)方法

通過反射發(fā)生上面的三種行為

初始化子類時(shí)，會(huì)觸發(fā)父類的初始化

作為程序入口運(yùn)行，就是指的 main 方法

四、類加載器有哪些?

啟動(dòng)類加載器：負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量下 jre/lib 下面的 jar 文件

擴(kuò)展類加載器：負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量下 jre/lib/ext 目錄下面的 jar 包

應(yīng)用類加載器：就是加載我們熟悉的 classpath 的內(nèi)容

自定義加載器：繼承 ClassLoader 就可以實(shí)現(xiàn)

五、了解雙親委派模型嗎?

這是一張很經(jīng)典的圖，通常情況下，各個(gè)類加載器的協(xié)作關(guān)系就是這樣的。

概念：就是說一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，不會(huì)自己先加載，而是把它交給自己的父類去加載，層層迭代。

用上圖來說明就是如果應(yīng)用程序類加載器收到了一個(gè)類加載的請(qǐng)求，會(huì)先給擴(kuò)展類加載器，然后再給啟動(dòng)類加載器，如果啟動(dòng)類加載器無法完成這個(gè)類加載的請(qǐng)求，再返回給擴(kuò)展類加載器，如果擴(kuò)展類加載器也無法完成，最后才會(huì)到應(yīng)用類加載器。

好處：1、避免重復(fù)加載 Java 類型 2、沙箱安全機(jī)制：保證核心的類不會(huì)被篡改。

六、classLoader與class.forName區(qū)別

• class.forName()除了將類的.class 文件加載到 jvm 中之外，還會(huì)對(duì)類進(jìn)行解釋，執(zhí)行類中的 static 塊，當(dāng)然你可以指定是否執(zhí)行靜態(tài)塊。
• classLoader 只干一件事情，就是將.class 文件加載到 jvm 中，不會(huì)執(zhí)行 static 中的內(nèi)容,只有在 newInstance 才會(huì)去執(zhí)行 static 塊。

七、腦圖

最后送大家一張自己總結(jié)的腦圖呀

今天就寫到這里啦!!

給大家介紹了JVM、運(yùn)行區(qū)數(shù)據(jù)、類加載機(jī)制。希望大家面試前能掌握和Jvm有關(guān)的知識(shí)。

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