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思考: JVM由那些部分組成，運(yùn)行流程是什么？

1.JVM由那些部分組成，運(yùn)行流程是什么？

JVM是什么

好處：

一次編寫，到處運(yùn)行

自動(dòng)內(nèi)存管理，垃圾回收機(jī)制

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思考:JVM由哪些部分組成，運(yùn)行流程是什么？

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從圖中可以看出 JVM 的主要組成部分

ClassLoader（類加載器）

Runtime Data Area（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，內(nèi)存分區(qū)）

Execution Engine（執(zhí)行引擎）

Native Method Library（本地庫接口）

運(yùn)行流程：

1.類加載器（ClassLoader）：把Java代碼轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼

2.運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）：把字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，而字節(jié)碼文件只是JVM的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層系統(tǒng)去執(zhí)行，而是有執(zhí)行引擎運(yùn)行

3.執(zhí)行引擎（Execution Engine）：將字節(jié)碼翻譯為底層系統(tǒng)指令，再交由CPU執(zhí)行去執(zhí)行，此時(shí)需要調(diào)用其他語言的本地庫接口（Native Method Library）來實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的功能。

2. 什么是程序計(jì)數(shù)器？

程序計(jì)數(shù)器：線程私有的，內(nèi)部保存的字節(jié)碼的行號。用于記錄正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址。

javap -verbose  xx.class    打印堆棧大小，局部變量的數(shù)量和方法的參數(shù)。

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java虛擬機(jī)對于多線程是通過線程輪流切換并且分配線程執(zhí)行時(shí)間。在任何的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，一個(gè)處理器只會(huì)處理執(zhí)行一個(gè)線程，如果當(dāng)前被執(zhí)行的這個(gè)線程它所分配的執(zhí)行時(shí)間用完了【掛起】。處理器會(huì)切換到另外的一個(gè)線程上來進(jìn)行執(zhí)行。并且這個(gè)線程的執(zhí)行時(shí)間用完了，接著處理器就會(huì)又來執(zhí)行被掛起的這個(gè)線程。

那么現(xiàn)在有一個(gè)問題就是，當(dāng)前處理器如何能夠知道，對于這個(gè)被掛起的線程，它上一次執(zhí)行到了哪里？那么這時(shí)就需要從程序計(jì)數(shù)器中來回去到當(dāng)前的這個(gè)線程他上一次執(zhí)行的行號，然后接著繼續(xù)向下執(zhí)行。

程序計(jì)數(shù)器是JVM規(guī)范中唯一一個(gè)沒有規(guī)定出現(xiàn)OOM的區(qū)域，所以這個(gè)空間也不會(huì)進(jìn)行GC

3. 你能給我詳細(xì)的介紹Java堆嗎?

Java堆是Java虛擬機(jī)（JVM）運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，線程共享的區(qū)域：主要用來保存對象實(shí)例，數(shù)組等，當(dāng)堆中沒有內(nèi)存空間可分配給實(shí)例，也無法再擴(kuò)展時(shí)，則拋出OutOfMemoryError異常。

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Java堆的一些重要信息:

年輕代: 年輕代被劃分為三部分，Eden區(qū)和兩個(gè)大小嚴(yán)格相同的Survivor區(qū)，根據(jù)JVM的策略，在經(jīng)過幾次垃圾收集后，任然存活于Survivor的對象將被移動(dòng)到老年代區(qū)間。

老年代： 在新生代中經(jīng)歷了一些輪次的對象最終會(huì)被晉升到老年代。老年代使用不同的垃圾收集算法，通常采用"標(biāo)記-清理"或"標(biāo)記-整理"的方式進(jìn)行垃圾回收。

持久代： 在Java 8之前的版本中，持久代用于存儲類信息、方法信息等。從Java 8開始，持久代被元空間（Metaspace）取代，類信息被存儲在本地內(nèi)存中。

元空間: 保存的類信息、靜態(tài)變量、常量、編譯后的代碼

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為了避免方法區(qū)出現(xiàn)OOM，所以在java8中將堆上的方法區(qū)【永久代】給移動(dòng)到了本地內(nèi)存上，重新開辟了一塊空間，叫做元空間。那么現(xiàn)在就可以避免掉OOM的出現(xiàn)了。

元空間(MetaSpace)介紹

在 HotSpot JVM 中，永久代（ ≈ 方法區(qū)）中用于存放類和方法的元數(shù)據(jù)以及常量池，比如Class 和 Method。每當(dāng)一個(gè)類初次被加載的時(shí)候，它的元數(shù)據(jù)都會(huì)放到永久代中。

永久代是有大小限制的，因此如果加載的類太多，很有可能導(dǎo)致永久代內(nèi)存溢出，即OutOfMemoryError，為此不得不對虛擬機(jī)做調(diào)優(yōu)。

那么，Java 8 中 PermGen 為什么被移出 HotSpot JVM 了？

官網(wǎng)給出了解釋：http://openjdk.java.net/jeps/122

This is part of the JRockit and Hotspot convergence effort. JRockit customers do not need to configure the permanent generation (since JRockit does not have a permanent generation) and are accustomed to not configuring the permanent generation.

移除永久代是為融合HotSpot JVM與 JRockit VM而做出的努力，因?yàn)镴Rockit沒有永久代，不需要配置永久代。

1）由于 PermGen 內(nèi)存經(jīng)常會(huì)溢出，引發(fā)OutOfMemoryError，因此 JVM 的開發(fā)者希望這一塊內(nèi)存可以更靈活地被管理，不要再經(jīng)常出現(xiàn)這樣的 OOM。

2）移除 PermGen 可以促進(jìn) HotSpot JVM 與 JRockit VM 的融合，因?yàn)?JRockit 沒有永久代。

準(zhǔn)確來說，Perm 區(qū)中的字符串常量池被移到了堆內(nèi)存中是在 Java7 之后，Java 8 時(shí)，PermGen 被元空間代替，其他內(nèi)容比如類元信息、字段、靜態(tài)屬性、方法、常量等都移動(dòng)到元空間區(qū)。比如 java/lang/Object 類元信息、靜態(tài)屬性 System.out、整型常量等。

元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對 JVM 規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制。

4. 什么是虛擬機(jī)棧?

Java Virtual machine Stacks (java 虛擬機(jī)棧)

• 每個(gè)線程運(yùn)行時(shí)所需要的內(nèi)存，稱為虛擬機(jī)棧，先進(jìn)后出
• 每個(gè)棧由多個(gè)棧幀（frame）組成，對應(yīng)著每次方法調(diào)用時(shí)所占用的內(nèi)存
• 每個(gè)線程只能有一個(gè)活動(dòng)棧幀，對應(yīng)著當(dāng)前正在執(zhí)行的那個(gè)方法

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1）垃圾回收是否涉及棧內(nèi)存？

垃圾回收主要指就是堆內(nèi)存，當(dāng)棧幀彈棧以后，內(nèi)存就會(huì)釋放

2）棧內(nèi)存分配越大越好嗎？

未必，默認(rèn)的棧內(nèi)存通常為1024k

棧幀過大會(huì)導(dǎo)致線程數(shù)變少，例如，機(jī)器總內(nèi)存為512m，目前能活動(dòng)的線程數(shù)則為512個(gè)，如果把棧內(nèi)存改為2048k，那么能活動(dòng)的棧幀就會(huì)減半

3）方法內(nèi)的局部變量是否線程安全？

• 如果方法內(nèi)局部變量沒有逃離方法的作用范圍，它是線程安全的
• 如果是局部變量引用了對象，并逃離方法的作用范圍，需要考慮線程安全

棧內(nèi)存溢出情況

• 棧幀過多導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出，典型問題：遞歸調(diào)用

總結(jié):

1）堆解決的是對象實(shí)例存儲的問題，垃圾回收器管理的主要區(qū)域。

2.）方法區(qū)可以認(rèn)為是堆的一部分，用于存儲已被虛擬機(jī)加載的信息，常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼。

3）棧解決的是程序運(yùn)行的問題，棧里面存的是棧幀，棧幀里面存的是局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。

4）本地方法棧與棧功能相同，本地方法棧執(zhí)行的是本地方法，一個(gè)Java調(diào)用非Java代碼的接口。

5）程序計(jì)數(shù)器（PC寄存器） 程序計(jì)數(shù)器中存放的是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行數(shù)。JVM工作時(shí)就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一個(gè)需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

5.  JVM組成面試題

面試官：JVM由那些部分組成，運(yùn)行流程是什么？

候選人:

在JVM中共有四大部分，分別是ClassLoader（類加載器）、Runtime Data Area（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，內(nèi)存分區(qū)）、Execution Engine（執(zhí)行引擎）、Native Method Library（本地庫接口）

它們的運(yùn)行流程是：

第一，類加載器（ClassLoader）把Java代碼轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼

第二，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）把字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，而字節(jié)碼文件只是JVM的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層系統(tǒng)去執(zhí)行，而是有執(zhí)行引擎運(yùn)行

第三，執(zhí)行引擎（Execution Engine）將字節(jié)碼翻譯為底層系統(tǒng)指令，再交由CPU執(zhí)行去執(zhí)行，此時(shí)需要調(diào)用其他語言的本地庫接口（Native Method Library）來實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的功能。

面試官：好的，你能詳細(xì)說一下 JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)嗎？

候選人:

嗯，好~

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)包含了堆、方法區(qū)、棧、本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器這幾部分，每個(gè)功能作用不一樣。

• 堆解決的是對象實(shí)例存儲的問題，垃圾回收器管理的主要區(qū)域。
• 方法區(qū)可以認(rèn)為是堆的一部分，用于存儲已被虛擬機(jī)加載的信息，常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼。
• 棧解決的是程序運(yùn)行的問題，棧里面存的是棧幀，棧幀里面存的是局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。
• 本地方法棧與棧功能相同，本地方法棧執(zhí)行的是本地方法，一個(gè)Java調(diào)用非Java代碼的接口。
• 程序計(jì)數(shù)器（PC寄存器）程序計(jì)數(shù)器中存放的是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行數(shù)。JVM工作時(shí)就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一個(gè)需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

面試官：好的，你再詳細(xì)介紹一下程序計(jì)數(shù)器的作用？

候選人:

嗯，是這樣~~

java虛擬機(jī)對于多線程是通過線程輪流切換并且分配線程執(zhí)行時(shí)間。在任何的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，一個(gè)處理器只會(huì)處理執(zhí)行一個(gè)線程，如果當(dāng)前被執(zhí)行的這個(gè)線程它所分配的執(zhí)行時(shí)間用完了【掛起】。處理器會(huì)切換到另外的一個(gè)線程上來進(jìn)行執(zhí)行。并且這個(gè)線程的執(zhí)行時(shí)間用完了，接著處理器就會(huì)又來執(zhí)行被掛起的這個(gè)線程。這時(shí)候程序計(jì)數(shù)器就起到了關(guān)鍵作用，程序計(jì)數(shù)器在來回切換的線程中記錄他上一次執(zhí)行的行號，然后接著繼續(xù)向下執(zhí)行。

面試官：你能給我詳細(xì)的介紹Java堆嗎?

候選人:

Java中的堆術(shù)語線程共享的區(qū)域。主要用來保存對象實(shí)例，數(shù)組等，當(dāng)堆中沒有內(nèi)存空間可分配給實(shí)例，也無法再擴(kuò)展時(shí)，則拋出OutOfMemoryError異常。

在JAVA8中堆內(nèi)會(huì)存在年輕代、老年代

1）Young(新生代)區(qū)被劃分為三部分，Eden區(qū)和兩個(gè)大小嚴(yán)格相同的Survivor區(qū)，其中，Survivor區(qū)間中，某一時(shí)刻只有其中一個(gè)是被使用的，另外一個(gè)留做垃圾收集時(shí)復(fù)制對象用。在Eden區(qū)變滿的時(shí)候， GC就會(huì)將存活的對象移到空閑的Survivor區(qū)間中，根據(jù)JVM的策略，在經(jīng)過幾次垃圾收集后，任然存活于Survivor的對象將被移動(dòng)到Tenured區(qū)間。

2）Tenured(老年代)區(qū)主要保存生命周期長的對象，一般是一些老的對象，當(dāng)一些對象在Young復(fù)制轉(zhuǎn)移一定的次數(shù)以后，對象就會(huì)被轉(zhuǎn)移到Tenured區(qū)。

面試官：什么是虛擬機(jī)棧

候選人:

虛擬機(jī)棧是描述的是方法執(zhí)行時(shí)的內(nèi)存模型,是線程私有的，生命周期與線程相同,每個(gè)方法被執(zhí)行的同時(shí)會(huì)創(chuàng)建棧楨。保存執(zhí)行方法時(shí)的局部變量、動(dòng)態(tài)連接信息、方法返回地址信息等等。方法開始執(zhí)行的時(shí)候會(huì)進(jìn)棧，方法執(zhí)行完會(huì)出?！鞠喈?dāng)于清空了數(shù)據(jù)】，所以這塊區(qū)域不需要進(jìn)行 GC。

面試官：能說一下堆棧的區(qū)別是什么嗎？

候選人:

有這幾個(gè)區(qū)別

第一，棧內(nèi)存一般會(huì)用來存儲局部變量和方法調(diào)用，但堆內(nèi)存是用來存儲Java對象和數(shù)組的的。堆會(huì)GC垃圾回收，而棧不會(huì)。

第二、棧內(nèi)存是線程私有的，而堆內(nèi)存是線程共有的。

第三、兩者異常錯(cuò)誤不同，但如果棧內(nèi)存或者堆內(nèi)存不足都會(huì)拋出異常。

?？臻g不足：java.lang.StackOverFlowError。

堆空間不足：java.lang.OutOfMemoryError。