JAVA複習筆記（面試向）

 

JVM 內存管理

內存區域

JVM內存分爲線程私有的和公共區域，

線程私有的由程序計數器，JAVA虛擬機棧和本地方法棧構成

公共區域分爲JAVA堆和方法區，1.8以前方法區叫作永生代，以後改成元空間

程序計數器

程序計數器：能夠看做當前線程執行的字節碼的行號指示器，字節碼解釋器就是經過改變程序計數器，選取要運行的下一條字節碼。

程序計數器的兩個功能：

• 記錄線程運行狀態，在發生上下文切換的的時候記錄程序的狀態，以便恢復到原來的狀態

• 控制程序的執行

程序計數器，線程私有，而且不會發生OOM

JAVA虛擬機棧

虛擬機棧：虛擬機棧描述方法執行的內存模型，存放局部變量表，操做數棧，動態連接和方法出口，一個方法調用到執行完成，就是棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧。

局部變量表：存在局部變量和對象引用

存在StackOverFlowError和OOM

本地方法棧

本地方法棧，和JAVA虛擬機棧基本相同，可是執行的是本地方法。

虛擬機規範中未定義具體實現，HotSpot中和JAVA虛擬機棧合二爲一

存在StackOverFlowError和OOM

JAVA堆

JAVA堆用來存放實例對象的內存區域，幾乎全部對象都分配在堆

基於垃圾分代回收假說，爲了更好的回收垃圾，因此須要對JAVA堆分代。

經典分代：

• 新生代（Eden，from survivor 和 to survivor）

• 老年代

其餘分代：

將內存區域分爲多個region，每一個region既能夠做爲老年代也能夠做爲新生代

方法區

方法區存放已經加載的類信息、常量和靜態變量。

類的信息包括：版本、字段、方法、接口等 還有常量池表

1.7之後將常量和靜態變量移出了

1.8之後改做元空間

方法區也存在垃圾回收：常量回收和類卸載

運行時常量池

方法區的一部分，當類被加載後，類的常量信息存放在運行時常量池表

常量池包括：

• 字面量：字符串值、基本數據類型、final的常量，其餘

• 符號引用：類和結構的名字，字段和描述符，方法名稱和描述符

字面量就是值，好比int i = 1；String s =「abc」；1和「abc」就是字面量，s就是符號引用

靜態常量池的概念：靜態常量池就是在類沒被加載的時候，.class文件中的常量池

可是常量池不是必須是編譯時期產生的，好比string.intern()方法就能夠將字符串對象的字面量放入字符串常量池。

字符串常量池

存放字符串常量的地方，1.8之後在元空間

直接內存

native的方法直接在JVM之外的內存區域分配內存

內存中的對象

一個對象建立

對象建立分五步，

類加載檢查，內存分配、初始化、設置對象頭、執行init方法

• 類加載檢查：檢查對象所屬的類是否已經被加載了，若是被加載了，就經過常量池的符號引用在方法區找到這個類。

• 內存分配：爲對象在JAVA堆上分配空間。指針碰撞和空閒列表，對象整理複製和清除。同步性：CAS操做失敗重試或者本地線程分配緩衝

• 初始化：賦0值

• 設置對象頭：對對象必要的設置，好比屬於哪一個類、hash碼、分代年齡還有是否啓用偏向鎖等

• 執行init，按照程序猿構造的方法，對對象初始化

對象內存佈局

對象在堆內存中，主要分爲三個部分：對象頭、實例數據、對齊填充

對象頭：

• 對象自身運行數據：hashacode、分代、鎖狀態（Mark word記錄）

• 對象指針：指向所屬類

對象訪問方式

句柄和直接訪問

句柄：JAVA棧的本地變量表中指向JAVA堆中一個句柄池中的指針，句柄池中指針指向對象實例數據和類型類型數據的指針

直接方法：JAVA棧的本地變量表中指向JAVA堆中實例對象，對象實例數據有指針指向對象類型數據

好處：直接指針，快，節省一次開銷，句柄，對象移動，只須要改變句柄。hotspot用直接訪問

一個String對象

new一個string對象會產生兩個string對象，一個字符串常量在常量池一個堆中string對象

不用new直接拼接，會在堆生成一個對象，而後引用指向常量池，其實是調用了stringbuilder拼接，而後返回一個對象。

不用new直接寫，在常量池，而後引用這個對象

string.intern：第一次在常量池生成一個對象的拷貝，第二次不操做

垃圾回收

引用計數算法和可達性分析算法

判斷一個對象是否存活。

引用計數：有一個引用就+1，消失就-1，爲0就死亡。hotspot沒用，用的是可達性分析算法

可達性分析：從一系列GC Roots出發，按照引用關係向下搜索，完成引用鏈，不可達的對象就是死亡對象。

GR roots：

• 虛擬機棧中引用

• 方法區中靜態屬性應用的對象

• 常量區引用的對象

• 本地方法區native 方法引用的對象

• 鎖持有的對象

• 虛擬機內部的對象還有類加載器

引用種類

強引用：不會被回收

弱引用：不夠了被回收

軟引用：下一次被回收

虛引用：不影響回收

finalize()方法

GC Roots不可達以後，進行一次標記，而後檢查是否有finalize方法，有就執行一次，沒有或者執行過了就能夠執行回收。

finalize方法可讓對象自救，好比在對象內引用上本身

方法區回收

同時知足：

• 全部實例被回收

• 加載器被回收

• java.lang.Class對象沒有被引用，不能夠反射

跨代引用

不一樣年齡段的對象之間存在指向對方的引用。

垃圾回收的時候如何處理？

使用一個記憶集：一種從非回收區域，指向回收區域的的指針的抽象集合

回收算法

標記清除：效率不穩定、碎片化

標記整理：開銷很大

標記複製：浪費一部份內存空間，若是按照1:1分配就會浪費50。hotspot也用的是這種，hotspot中新生代分爲8:1:1，Eden和survivor，將一個Eden和survivor複製到另外一個survivor。分配不下就內存擔保機制。

移動對象開銷大，不移動對象分配大。從整個程序上看，移動比較划算。

碎片化問題能夠經過執行一段時間以後，標記整理一次。

Hotspot實現細節

GC roots枚舉

枚舉出GC roots。如何找到引用對象？使用的是Oopmap（ordinary object pointer）普通對象指針。使用OopMap能夠快速枚舉gc roots，可是致使OopMap變化的指令不少，開銷很大。

因此只在特定的位置，生成OopMap，這些位置叫作安全點。

安全點和安全區域

安全點：因此程序只有執行到安全點的時候，才能夠垃圾回收。

安全點選擇：不至於等待時間太長，也不至於太頻繁。因此在循環跳轉，方法調用等狀況下設置安全點

中斷方式：搶斷式和主動中斷，要準備垃圾收集了就中斷全部線程，不在安全點的就恢復執行到安全點，主動式設置標誌位，發現標誌位就主動執行到安全點中斷。

安全區域：安全點選擇結局了執行中線程的引用變化問題，可是對於不執行的程序，使用安全區域。線程執行到安全區域就標識一下，出區域的時候檢查垃圾回收中gcroot枚舉是否完成。

記憶集和卡表

記憶集：一種從非回收區域，指向回收區域的的指針的抽象集合

卡表：記憶集的一種實現，定義記錄進度和內存映射關係，就是記錄了某一塊內存中是否有對象被另外一塊內存引用

字長精度和對象精度，這倆精度更高

寫屏障

維護卡表，保證引用關係變化的時候，卡表能夠隨之變化。

併發的可達性分析

因爲和程序是併發執行的，防止引用關係變化，使用增量更新或者初始快照。

變化致使的錯誤：

A引用B，而後掃描A的時候，引用被刪除，因此B不在引用鏈，而後以後掃描過的C引用了B

增量更新：當掃過對象增長新的引用的時候，記錄下來，結束後，以這些對象爲root再掃一遍

初始快照：刪除正在掃描對象引用的時候，記下這些對象，結束後從新掃描一遍。

CMS使用增量，G1使用快照

經典垃圾收集器

serial

新生代串行收集器

標記複製

ParNew

新生代並行收集器，serial並行版本

標記複製

CMS默認的新生代收集器

parallel scanvge

新生代並行收集器

標記複製

注重於可預測的停頓時間，可控制的吞吐量，對於暫停時間能夠預測，吞吐量優先

經過設置最大停頓時間和和吞吐量大小的參數，調節收集新生代大小，從而決定停頓時間

還能夠開啓自適應調節

serial old

老年代序列收集器

標記整理

parallel old

老年代並行收集器

標記整理

CMS

四個階段：初始階段、併發標記、從新標記、併發清除

初始階段：GC roots枚舉，停頓

併發標記：可達性分析，查找引用鏈

從新標記：併發標記的時候變化的引用關係從新標記，停頓

併發清除：清除

浮動垃圾和從新標記？

從新標記的是引用鏈裏已經有的對象，可是對象的位置發生了改變，而浮動垃圾是標記過程之後產生的垃圾，不在引用鏈裏了。

標記清除算法

缺點：浮動垃圾、資源敏感、碎片化

G1

Garbage First 是面向局部的垃圾回收器，將內存區域分爲不一樣的region，1.8後支持對類的卸載。

四個階段：初始階段、併發標記、最終標記、篩選回收

初始階段：GC roots枚舉，借用minor gc時間完成

併發標記：可達性分析，查找引用鏈

最終標記：SATB中的記錄，再檢查一遍

篩選回收：按照能回收的空間回報回收region，直接將一個region中存活對象複製到另外一個空region，不要求一次清理乾淨，不影響執行就能夠

SATB 原始快照算法

TAMS指針，用於併發回收的時候分配對象

缺點：內存佔用過高，由於須要記憶集記錄跨代引用

局部上看標記複製，整體看是標記整理

Hotspot虛擬機實戰

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M

-printGCDetials等參數運行虛擬機

證實：

大對象直接進入老年代

內存擔保

動態年齡判斷：相同年齡全部對象大雨survivor一半

垃圾回收觸發條件

minor gc：Eden滿了

full gc：至少伴隨一次minor

• 老年代滿了

• 調用system.gc()可能會清理

• 空間擔保失敗

• 1.7以前永久代不足

• CMS GC過程當中，分配新對象內存失敗，直接所有暫停full gc一次

CLASS文件結構

魔術和版本

常量池

訪問標誌

類、父類、接口索引

字段表

方法集合

屬性表：屬性表記錄，上面三個多一些特定場景，例如字段爲常量

類加載

類加載機制：虛擬機從class文件，從讀取、數據檢驗、轉換分析、初始化，最終造成能夠直接使用的JAVA類的過程

類的生存週期：

加載、驗證、準備、解析、初始化、使用、卸載

類加載器

將.class文件加載到內存中，變成二進制流，一個class對應一個類加載器

分類：

• 啓動類加載器，C++實現，虛擬機一部分

• 其餘全部類加載器，java.lang.classloader子類

分類2:

• 啓動類加載器

• 擴展類加載器：加載類庫

• 應用程序類加載器：加載應用程序

雙親委派模型

一個類加載器首先將類加載請求轉發到父類加載器，只有當父類加載器沒法完成時才嘗試本身加載。

好處：避免從新加載和核心api被篡改

加載

加載階段完成三件事：

• 將二進制流加載入內存，而且能夠經過一個類全名訪問

• 將字節流表示的靜態數據結構，轉化爲方法區內運行時數據結構

• 內存中生成一個java.lang.Class對象，做爲方法區中類的各類數據訪問入口。

驗證

確保字節流包含的信息符合規範，不會危害虛擬機，由於二進制流不必定都是編譯出來的。

準備

爲類中變量也就是靜態變量分配內存。不會賦值，初始化的時候纔會賦值，如今爲0

1.8之後隨着Class對象一塊兒存放在JAVA堆

解析

將JAVA虛擬機中常量池中符號引用，替換爲直接引用的過程。

初始化

按照程序猿的編寫的代碼，初始化變量和其餘資源。

必定要當即初始化

• new

• 反射調用reflect

• 子類初始化時，若是父類沒有，先初始化父類

• 虛擬機啓動，用戶指定執行的主類

• default

• 等

虛擬機字節碼執行

虛擬機字節碼執行，是在線程中進行的，方法是執行的基本單元

棧幀是支持調用和執行的數據結構，執行一個方法，就將這個方法的棧幀壓入虛擬機棧

每個棧幀，都包括：本地方法表、操做數棧、動態連接和方法返回地址

只有棧頂的棧幀被執行。

操做數棧

方法執行的過程，就是各類字節碼指令往操做數棧中寫入和提取的內容

動態連接

棧幀中指向常量池中方法引用的調用過程。

有些類加載的時候就已經轉換成直接引用了，有些是運行時才變成直接引用的，這個過程叫作動態連接。

方法調用

肯定方法的版本，由於存在多態嘛，和方法執行的調用不是一個含義

解析和分派

前端編譯器、即時編譯器、提早編譯器

前端編譯器：編程成字節碼，.java編程.class。

即時編譯器：一邊執行一遍編譯熱點代碼成機器碼，運行時編譯器JIT just in time

提早編譯器：直接編譯成機器碼，AOT ahead of time complier

優缺點：

• 即時編譯消耗資源

• 提早編譯不能跨平臺

JAVA內存模型

內存模型：對內存進行讀寫訪問過程的抽象

主要目的：定義程序中各類變量的訪問規則，關注虛擬機如何吧變量值存儲到內存，又如何從內存中取出。

JAVA中分爲主內存和工做內存，

線程在工做內存執行，變量存儲在主內存，經過SAVE和LOAD操做從主內存獲取數據。

內存之間操做

lock 做用於主內存，鎖定，線程獨佔

unlock 做用於主內存，解鎖

read 做用於主內存，讀出數據

load 做用於工做內存，read出來的變量放入工做內存

use 做用於工做內存，給執行引擎

assign 做用於工做內存，執行引擎操做過的值給工做內存

store 做用於工做內存，從工做內存讀出，準備給主內存

write 做用於主內存，放入主內存

JAVA線程實現

系統線程實現，用戶線程實現和混合實現

線程安全和鎖優化

線程安全有互斥同步和非阻塞同步

互斥同步

臨界區、互斥量和信號量

synchronized和重入鎖

區別：

• 重入鎖能夠等待可中斷：得不到能夠申請放棄

• 公平鎖：按照申請順序得到，sychronized不公平

• 綁定多個條件：condition條件控制阻塞

沒有特殊需求，推薦synchronized，緣由：

• sychronized代碼易讀

• lock須要finally中釋放，不釋放永久持有

• 性能差很少

非阻塞同步

CAS指令的支持，完成比較和交換動做，原子性，比較變了嗎，沒有才執行，會有ABA問題。

樂觀鎖：就是不斷的嘗試，能夠就修改，不能夠就不斷嘗試

自旋鎖和自適應自旋鎖

請求不到就等待，可是不切換，不釋放資源，由於可能很快就能夠得到資源了，減小切換的開銷

鎖消除

編譯的時候，沒有發現訪問衝突，直接消除鎖

鎖粗化

同步代碼塊老是過小，頻繁切換會很浪費資源，因此讓同步代碼塊的範圍更大

輕量鎖

將資源標記與屬於一個線程，其餘資源訪問的時候，先看看有沒有人佔用，有的話變成傳統重量級鎖。

基於CAS操做，每次使用的時候CAS檢查本身是否擁有。

偏向鎖

CAS操做都不作了，得到偏向鎖之後，每次都不申請了，直接使用，直到其餘進程也要使用，升級成輕量或者重量級鎖。