第九章（JVM篇）2024年Java求职面试与工作编程要点实录
【JVM篇之4个核心问题】
二、JVM（4个）
1、JVM的原理？
在Java中，JVM（JavaVirtualMachine，Java虚拟机）是Java平台的核心组件。
它负责执行Java字节码，并在不同的操作系统和硬件平台上，提供一致的Java运行环境。
下面，从8个方面，简要介绍一下JVM的原理：
1）Java字节码
Java源代码（.java文件）首先被Java编译器（javac）编译成字节码（.class文件）。
这些字节码，是平台无关的，意味着它们可以在任何支持Java的平台上运行。
2）类加载
JVM中有一个类加载器（ClassLoader）。
它的任务是将字节码文件加载到JVM中，并转换成JVM可以执行的数据结构。
这个过程中，还会进行包括链接（验证、准备、解析）和初始化等步骤。
3）执行引擎
执行引擎负责解释（或即时编译）和执行字节码。
解释执行是指逐条读取字节码指令并执行。
而即时编译（JIT，Just-In-TimeCompiler）则是，将一部分频繁执行的字节码，编译成机器码，以提高执行效率。
4）内存管理
JVM管理着Java程序的内存，包括方法区、堆、栈、程序计数器以及本地方法栈等部分。
（1）方法区存放类元数据；
（2）堆是存放对象实例的地方；
（3）栈用于存放基本数据类型和对象引用；
（4）程序计数器记录当前线程执行的字节码位置；
（5）本地方法栈用于执行本地方法。
5）垃圾回收
JVM负责自动管理堆内存中的对象生命周期。
当对象不再被引用时，垃圾回收器会自动回收其占用的内存，防止内存泄漏。
6）本地方法接口
JVM提供了本地方法接口（JNI），允许Java代码与本地代码（如C、C++代码）进行交互。
7）JavaNativeInterface(JNI):
JNI使得Java代码，可以与其他语言写的代码，进行交互。
通过JNI，Java程序，可以调用本地方法库（通常是C或C++编写的）中的函数。
也可以，被其他语言写的程序调用。
8）安全性
JVM通过沙箱模型，提供了一定的安全性保障。
每个Java应用程序，都在自己的沙箱中运行，对系统资源的访问受到严格限制，从而防止恶意代码对系统造成损害。
以上，就是从8个方面，对JVM原理的介绍啦！
总结：
JVM通过字节码的执行、内存管理、垃圾回收等机制，为Java程序提供了一个稳定、安全、高效的运行环境。
这使得Java，成为一种跨平台的语言，能够在不同的操作系统和硬件平台上运行。
…
2、描述下Java虚拟机（JVM）的内存结构？
Java虚拟机（JVM）的内存结构，主要划分为五个部分，分别是：
方法区、堆、虚拟机栈、程序计数器和本地方法栈。
1）方法区
所有线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、以及及时编译器编译后的代码等数据。
当方法区无法分配足够内存时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
在Java8中，方法区被实现为元空间（Metaspace）。
2）堆
Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，虚拟机启动时创建。
堆内存主要用于存储引用类型的数据，如对象和数组。
全局只有一个堆内存，所有的线程共用一个堆内存。
它是垃圾收集器（GC）管理的主要区域。
3）虚拟机栈
每个线程在创建时，都会创建一个虚拟机栈。
其每个方法，在执行的同时，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
每一个方法，从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧，在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
4）程序计数器
是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程，所执行的字节码的，行号指示器。
字节码解释器工作时，就是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令。
分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成。
5）本地方法栈
与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务的。
而本地方法栈，则是为虚拟机使用到的Native方法服务。
在虚拟机规范中，对本地方法栈中的方法，使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。
理解JVM的内存结构，对于优化Java程序的性能、解决内存溢出等问题，具有重要意义。
…
3、谈谈JVM中的类加载过程？
在Java虚拟机（JVM）中，类加载过程是一个重要的环节。
它负责将类的字节码文件，加载到内存中，并进行校验、转换解析和初始化…
最终，形成可以被虚拟机，直接使用的Java类型。
这个过程，主要可以分为五个阶段：加载、链接、初始化、使用和卸载。
1）加载
加载阶段是类加载过程的开始。
主要通过一个类的全限定名，来加载该类对应的二进制字节流，这个动作通常由虚拟机外部的类加载器（ClassLoader）来完成。
然后，将这个字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区的运行时数据结构。
并在内存中，生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区各个类访问该类的入口。
2）链接
链接阶段包含验证、准备和解析三个子阶段。
2.1、验证
验证阶段确保加载的类文件符合JVM规范。
它包括：
（1）文件格式验证（确保类的魔术版本号常量等符合当前虚拟机支持的范围）；
（2）元数据验证（验证类的语义信息是否符合Java语言规范的要求）；
（3）字节码验证（验证程序语义是否合法和规范）；
（4）符号引用验证（验证符号引用全限定名代表的类是否能够找到，对应的域和方法是否能找到，访问权限是否合法）。
2.2、准备
准备阶段，主要是为类的静态变量，分配内存并设置初始化值。
需要注意的是，这里不包括使用final修饰的静态变量，因为它们在编译期，就已经分配了内存。
2.3、解析
解析阶段，将常量池的间接引用，转换为直接引用，包括字段解析、接口解析和方法解析。
这个阶段的顺序并不是完全固定的，某些情况下，可以在初始化阶段后才进行，以支持Java语言的运行时绑定特性。
3）初始化
初始化阶段，是执行类构造器方法的过程。
此方法，由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块（static{}块）中的语句合并产生。
初始化静态变量和静态块，先初始化父类，再初始化当前类。
只有在主动使用类时（如创建类的实例、访问类的静态成员或使用反射方式访问类）才会进行初始化。
4）使用
在类被初始化后，就可以通过类创建对象实例，或者通过类来访问其静态变量和静态方法，进行正常的程序运行。
5）卸载
当类不再被使用时，JVM会通过垃圾回收机制来卸载这个类，释放其占用的内存资源。
以上就是类加载过程的五个阶段啦！
需要注意的是，虽然这五个阶段的顺序是固定的。
但某些阶段的操作，并不是严格按照顺序进行或完成的，它们通常是互相交叉地混合进行的。
总的来说，JVM的类加载过程，是一个复杂而精细的过程。
它确保了类的正确加载和初始化，为程序的正常运行提供了保障。
同时，通过类加载器机制，JVM还实现了类的动态加载和隔离，为Java的模块化编程和安全性提供了支持。
…
4、如何优化JVM的性能？
优化JVM的性能，我们可以从以下五个方面进行：
1）内存调优
1.1、堆内存调优
堆内存是Java程序中最常用的内存区域，用于存储对象实例。
可以通过调整JVM启动参数，如-Xmx和-Xms，来设置堆内存的最大和初始大小。
1.2、选择合适的垃圾回收器
Java虚拟机提供了多种垃圾回收器，每种回收器都有不同的特点和适用场景。
根据应用程序的需求和硬件环境，选择合适的垃圾回收器，能够提高垃圾回收的效率。
2）GC算法选择
GC（垃圾收集）每个不同算法应对不同需求。
例如，序列收集器、并行/吞吐量收集器、CMS收集器和G1收集器等。
根据应用的特点，选择合适的GC算法，可以显著提高性能。
3）核心应用优化
调整应用架构，关注并跟踪，应用中的对象来龙去脉。
这有助于降低内存碎片、堆问题和垃圾回收问题。
4）考虑未来的增长和扩展
预测业务的增长趋势和扩展需求，确保优化措施具备可扩展性和适应性。
5）性能监控与调优
通过性能监控工具发现性能瓶颈，如GC频繁、CPU负载过高、内存泄漏等等。
然后，进行相应的调优操作，如增加内存、优化代码、分散节点压力等。
以上，就是优化JVM的性能的五个方面介绍啦！
划重点：
JVM性能优化，是一个复杂且需要经验的过程。
不同的应用和环境，可能需要不同的优化策略。
所以，在进行优化时，建议逐步调整并观察效果，以避免一次性进行大量更改导致系统不稳定。
……
以上，就是今天的分享啦！
希望，对你有那么一点点、一丢丢、一戳戳地帮助哈～
所以哩…
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二、JVM（4个）
1、JVM的原理？
在Java中，JVM（JavaVirtualMachine，Java虚拟机）是Java平台的核心组件。
它负责执行Java字节码，并在不同的操作系统和硬件平台上，提供一致的Java运行环境。
下面，从8个方面，简要介绍一下JVM的原理：
1）Java字节码
Java源代码（.java文件）首先被Java编译器（javac）编译成字节码（.class文件）。
这些字节码，是平台无关的，意味着它们可以在任何支持Java的平台上运行。
2）类加载
JVM中有一个类加载器（ClassLoader）。
它的任务是将字节码文件加载到JVM中，并转换成JVM可以执行的数据结构。
这个过程中，还会进行包括链接（验证、准备、解析）和初始化等步骤。
3）执行引擎
执行引擎负责解释（或即时编译）和执行字节码。
解释执行是指逐条读取字节码指令并执行。
而即时编译（JIT，Just-In-TimeCompiler）则是，将一部分频繁执行的字节码，编译成机器码，以提高执行效率。
4）内存管理
JVM管理着Java程序的内存，包括方法区、堆、栈、程序计数器以及本地方法栈等部分。
（1）方法区存放类元数据；
（2）堆是存放对象实例的地方；
（3）栈用于存放基本数据类型和对象引用；
（4）程序计数器记录当前线程执行的字节码位置；
（5）本地方法栈用于执行本地方法。
5）垃圾回收
JVM负责自动管理堆内存中的对象生命周期。
当对象不再被引用时，垃圾回收器会自动回收其占用的内存，防止内存泄漏。
6）本地方法接口
JVM提供了本地方法接口（JNI），允许Java代码与本地代码（如C、C++代码）进行交互。
7）JavaNativeInterface(JNI):
JNI使得Java代码，可以与其他语言写的代码，进行交互。
通过JNI，Java程序，可以调用本地方法库（通常是C或C++编写的）中的函数。
也可以，被其他语言写的程序调用。
8）安全性
JVM通过沙箱模型，提供了一定的安全性保障。
每个Java应用程序，都在自己的沙箱中运行，对系统资源的访问受到严格限制，从而防止恶意代码对系统造成损害。
以上，就是从8个方面，对JVM原理的介绍啦！
总结：
JVM通过字节码的执行、内存管理、垃圾回收等机制，为Java程序提供了一个稳定、安全、高效的运行环境。
这使得Java，成为一种跨平台的语言，能够在不同的操作系统和硬件平台上运行。
…
2、描述下Java虚拟机（JVM）的内存结构？
Java虚拟机（JVM）的内存结构，主要划分为五个部分，分别是：
方法区、堆、虚拟机栈、程序计数器和本地方法栈。
1）方法区
所有线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、以及及时编译器编译后的代码等数据。
当方法区无法分配足够内存时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
在Java8中，方法区被实现为元空间（Metaspace）。
2）堆
Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，虚拟机启动时创建。
堆内存主要用于存储引用类型的数据，如对象和数组。
全局只有一个堆内存，所有的线程共用一个堆内存。
它是垃圾收集器（GC）管理的主要区域。
3）虚拟机栈
每个线程在创建时，都会创建一个虚拟机栈。
其每个方法，在执行的同时，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
每一个方法，从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧，在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
4）程序计数器
是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程，所执行的字节码的，行号指示器。
字节码解释器工作时，就是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令。
分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成。
5）本地方法栈
与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务的。
而本地方法栈，则是为虚拟机使用到的Native方法服务。
在虚拟机规范中，对本地方法栈中的方法，使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。
理解JVM的内存结构，对于优化Java程序的性能、解决内存溢出等问题，具有重要意义。
…
3、谈谈JVM中的类加载过程？
在Java虚拟机（JVM）中，类加载过程是一个重要的环节。
它负责将类的字节码文件，加载到内存中，并进行校验、转换解析和初始化…
最终，形成可以被虚拟机，直接使用的Java类型。
这个过程，主要可以分为五个阶段：加载、链接、初始化、使用和卸载。
1）加载
加载阶段是类加载过程的开始。
主要通过一个类的全限定名，来加载该类对应的二进制字节流，这个动作通常由虚拟机外部的类加载器（ClassLoader）来完成。
然后，将这个字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区的运行时数据结构。
并在内存中，生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区各个类访问该类的入口。
2）链接
链接阶段包含验证、准备和解析三个子阶段。
2.1、验证
验证阶段确保加载的类文件符合JVM规范。
它包括：
（1）文件格式验证（确保类的魔术版本号常量等符合当前虚拟机支持的范围）；
（2）元数据验证（验证类的语义信息是否符合Java语言规范的要求）；
（3）字节码验证（验证程序语义是否合法和规范）；
（4）符号引用验证（验证符号引用全限定名代表的类是否能够找到，对应的域和方法是否能找到，访问权限是否合法）。
2.2、准备
准备阶段，主要是为类的静态变量，分配内存并设置初始化值。
需要注意的是，这里不包括使用final修饰的静态变量，因为它们在编译期，就已经分配了内存。
2.3、解析
解析阶段，将常量池的间接引用，转换为直接引用，包括字段解析、接口解析和方法解析。
这个阶段的顺序并不是完全固定的，某些情况下，可以在初始化阶段后才进行，以支持Java语言的运行时绑定特性。
3）初始化
初始化阶段，是执行类构造器方法
此方法，由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块（static{}块）中的语句合并产生。
初始化静态变量和静态块，先初始化父类，再初始化当前类。
只有在主动使用类时（如创建类的实例、访问类的静态成员或使用反射方式访问类）才会进行初始化。
4）使用
在类被初始化后，就可以通过类创建对象实例，或者通过类来访问其静态变量和静态方法，进行正常的程序运行。
5）卸载
当类不再被使用时，JVM会通过垃圾回收机制来卸载这个类，释放其占用的内存资源。
以上就是类加载过程的五个阶段啦！
需要注意的是，虽然这五个阶段的顺序是固定的。
但某些阶段的操作，并不是严格按照顺序进行或完成的，它们通常是互相交叉地混合进行的。
总的来说，JVM的类加载过程，是一个复杂而精细的过程。
它确保了类的正确加载和初始化，为程序的正常运行提供了保障。
同时，通过类加载器机制，JVM还实现了类的动态加载和隔离，为Java的模块化编程和安全性提供了支持。
…
4、如何优化JVM的性能？
优化JVM的性能，我们可以从以下五个方面进行：
1）内存调优
1.1、堆内存调优
堆内存是Java程序中最常用的内存区域，用于存储对象实例。
可以通过调整JVM启动参数，如-Xmx和-Xms，来设置堆内存的最大和初始大小。
1.2、选择合适的垃圾回收器
Java虚拟机提供了多种垃圾回收器，每种回收器都有不同的特点和适用场景。
根据应用程序的需求和硬件环境，选择合适的垃圾回收器，能够提高垃圾回收的效率。
2）GC算法选择
GC（垃圾收集）每个不同算法应对不同需求。
例如，序列收集器、并行/吞吐量收集器、CMS收集器和G1收集器等。
根据应用的特点，选择合适的GC算法，可以显著提高性能。
3）核心应用优化
调整应用架构，关注并跟踪，应用中的对象来龙去脉。
这有助于降低内存碎片、堆问题和垃圾回收问题。
4）考虑未来的增长和扩展
预测业务的增长趋势和扩展需求，确保优化措施具备可扩展性和适应性。
5）性能监控与调优
通过性能监控工具发现性能瓶颈，如GC频繁、CPU负载过高、内存泄漏等等。
然后，进行相应的调优操作，如增加内存、优化代码、分散节点压力等。
以上，就是优化JVM的性能的五个方面介绍啦！
划重点：
JVM性能优化，是一个复杂且需要经验的过程。
不同的应用和环境，可能需要不同的优化策略。
所以，在进行优化时，建议逐步调整并观察效果，以避免一次性进行大量更改导致系统不稳定。
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