JVM面試知識點梳理

本文這個只是我本身整理的面試中多面到的一些JVM方面的知識點，就這樣看它們都是孤立的，我是看《深刻Java虛擬機》以及極客時間一個JVM系列的文章，才把這些概念給貫通的。

好比一個知識點：垃圾回收分Minor GC、Full GC。Minor發生在新生代，新生代分Eden、Survivor，而Survivor又分 From Survivor、To Survivor。新生代採用的是Copy機制的垃圾回收算法，經過空間換時間，它是怎麼換的呢？To Survivor是一塊空的內存，垃圾回收時，會把Eden、From Survivor中的可達的（區別堆外不可達）對象搬到 To Survivor中去，而後清除Eden、Form Survivor，整個過程接受後，交換From跟To，這期間有可能把對象從Eden、From搬去To的時候，To內存不足則須要借用老生代的內存，這就是所謂的內存擔保。

Java內存結構

程序計數器：每一個線程執行程序指令的行號

虛擬機棧：存放每一個方法的棧幀，幀的入棧跟出棧就是方法執行的過程

本地方法棧：Native方法的棧

Java堆：保存Java對象的地方，細分爲 Eden區， From Survivor空間， To Survivor空間（線程共享）

方法區：線程共享，存放已經被虛擬機加載進來的類信息，常量、靜態變量，JIT編譯後的數據代碼。java的class文件首先進入的到方法區裏面去。

運行時常量池

方法區的一部分。

四大引用

強引用：只要強引用還在，引用的對象永遠不會被回收

軟引用: 發生內存溢出以前會清除

弱引用：垃圾回收的時候會收走

虛引用：對象生命週期不會受到它影響，只是在被回收掉的時候，收到通知。

對象的存活

• 引用計數器
• 可達性算法（堆外的引用, GC Roots）

垃圾回收算法

• 標記清除法
• 複製算法
• 標記整理法
• 分代收集

安全點、Minor GC、Full GC、 STW、TLAB

safePoint、安全區域 。（不操做內存的寫，不跟主存打交道） STW（stop the world）

eden， survior中調用 Minor GC，之因此沒有用STW，添加了統計老生代到 新生代數據引用的卡表（髒位）

新生代（eden + from + to）TLAB（Thread Local Allocation Buffers）因爲to Survior的空間不夠，找老年代作內存擔保。

當經歷過幾回 從from 到 to過程後依舊活着的對象就能夠進入到 老生代中去了。

垃圾收集器

• Serial (單線程，新生代，copy算法)

• Parallel New（多線程，新生代，copy算法，時間優先）

• Parallel Scavenge（多線程，新生代，copy算法，吞吐量優先）

• Serial Old（單線程，老生代， 標記清除）

• Parallel Old（多線程，老生代， 標記清除）

• CMS：垃圾收集器跟應用並行（多線程，老生代， 標記清除）分兩次清理，第一次清理的時候，工做線程跟垃圾線程並行，第二次STW。（Java 9 被廢除）

• G1 （新生代 + 老生代）

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類加載過程

• 加載：驗證Class文件是否按Class的結構走的，而後加載完成以後變成內存的結構
• 驗證：不會等加載結束，其實交替進行的(文件格式驗證、元數據驗證、字節碼驗證、符號引用驗證)
• 準備：分配內存，虛方法動態分配的方便發表。建立符號引用（因此跟驗證是交叉的）
• 解析：（符號引用到直接引用：字段解析、類方法解析、接口方法解析）
• 初始化 （cinit<>）

即時編譯（JIT優化）

熱點方法，循環熱點

C、C++屬於靜態編譯，運行時候不會。java屬於動態編譯，虛方法動態分配，激進優化等使之更完全，可是佔用CPU。

優化方式：

• 內聯優化（省去了方法的加載，壓棧等。詭異的TR1圖）

• 逃逸分析（對象沒有被方法外引用的時候，直接到接近CPU的棧上分配存儲空間。方法僅被一個線程調用到的時候，去掉同步鎖。）

• 指令集（Compare And Sweep， Compare and Set），???

• 循環優化、向量優化

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方法調用指令

• invokespecial（實例構造方法、私有方法、父類方法）
• invokestatic（靜態方法，靜態分配）
• invokevirtual（調用全部虛方法）
• invokeinterface（調用接口方法，運行時才）
• invokedynamic (方法句柄 MethodHandler， Lookup 不一樣於 反射，修改方法棧中的指令集)

反射的消耗

• Method.invoke(Class, Object[])方法中只可以是 Object類型，沒有基本數據類型。自動裝箱、拆箱損耗。
• Method.invoke沒有辦法內聯了。
• 沒有辦法逃逸分析。
• 要進行方法找尋，還要往上查找父類中的全部方法。存儲記錄
• 本地實現、動態實現（超過必定的次數，動態實現會快一些）

Volatile

• 修改內存可見性，沒有用線程中的寄存器做爲緩存
• 禁止重排序，設置內存屏障（讀讀，讀寫，寫讀， 寫寫），添加指令 lock … 空指令，讓lock指令後的指令無法重排到前面去（單線程裏面無論 數據相關性、happens—before）

線程、鎖

• 偏向鎖 （當第一次進入到同步代碼塊的時候，不上鎖，修改對象頭中的Mark word，線程的ID等信息，經過CAS指令，全程只有一個線程，因此記錄它偏向它，偏向鎖）

• 輕量級鎖 (只有一個線程，把線程上鎖記錄加入到 對象頭中去，採用CAS，再也不是第一個線程，而是另外的線程不一樣時間段執行同步代碼塊，有偏向鎖到 輕量級鎖）

• 重量級鎖（一個線程在執行，另外一個線程來競爭。輕量級鎖 鎖膨脹爲重量級鎖）等待的線程沒有直接去wait，而是運行空指令處於就緒狀態，等待運行中的線程釋放鎖，而後本身拿取，這樣的叫自旋鎖。爲何要添加這個自選狀態呢？

  當線程一旦進入到wait後，就統一交由CPU進行管理 + 調度，轉爲內核態，到時候喚醒運行變爲用戶態，這個過程的切換有不少資源的 消耗（內存的拷貝複製等），在這裏運行空指令消耗可能比這個切換更加省CPU。可是對於其餘鎖而言就失去公平性了。

  這樣相比而言，協程有本身管理、調度部區份內核態、用戶態，資源開支比較小，是現代語言（Kotlin等）中經常使用的技術。（搶佔式調度、協同式）

synchronized（monitor， monitorenter， monitorexit）

ReentrantLock(重入鎖)， NewCondtion