【面試】JVM

本文轉載自查看原文 2019-07-22 16:02 1350 JVM

關於內存、JVM、類加載機制

about conception：

JVM內存模型：

從大的方面講，JVM的內存模型分為兩大塊：

永久區內存（Permanent space）和堆內存（heap space）。

棧內存（stack space）一般不歸在JVM內存模型中，因為棧內存屬於線程級別。

每個線程都有個獨立的棧內存空間。

Permanent space是存放加載的Class類級對象如class本身，method，field等等。

heap space主要存放對象實例和數組。

heap space由new Generation和old Generation組成，old Generation存放生命周期長久的實例對象，而新的對象實例一般存放在New Generation。

New Generation還可以再分為Eden。Survivor區，新的對象實例總是首先放在Eden區，Survivor區作為Eden區和old區的緩沖，可以向old區轉移活動的對象實例。

下圖是JVM在內存空間（堆空間）中申請新對象過程的活動圖：

沒錯，我們常見的OOM（out of memory）內存溢出異常，就是堆內存空間不足以存放新對象實例時導致。

永久區內存溢出相對少見，一般是由於需要加載海量的class數據，超過了堆內存的容量導致。通常出現在web應用剛剛啟動時，因此web應用推薦使用預加載機制，方便在部署時就發現並解決該問題。

棧內存也會溢出，但是更加少見。

堆和棧：

java棧是與每一個線程關聯的，JVM在創建每一個線程的時候，會分配一定的棧空間給線程。它主要用來存儲線程執行過程中的局部變量，方法的返回值，以及方法調用上下文。棧空間隨着線程的終止而釋放。StackOverflowError：如果在線程執行的過程中，棧空間不夠用，那么JVM就會拋出此異常，這種情況一般是死遞歸造成的。

Java堆是由所有的線程共享的一塊內存區域，堆用來保存各種java對象，比如數組，線程對象等。

堆和棧分離的好處：面向對象的設計，當然除了面向對象的設計帶來的維護性，復用性和擴展性方面的好處外，我們看看面向對象如何巧妙的利用了堆棧分離。如果從java內存模型的角度去理解面向對象的設計，我們就會發現對象它完美的表示了堆和棧，對象的數據放在堆中，而我們編寫的方法一般是運行在棧中的，因此面向對象的設計是一種非常完美的設計方式，它完美的統一了數據的存儲和運行。

堆內存優化：

調整JVM啟動參數-Xms -Xmx -XX:newSize -XX:MaxNewSize，如調整初始堆內存和最大堆內存 -Xms256M,-Xmx512M，或者調整初始New Generation的初始內存和最大內存 -XX:newSize=128M -XX:MaxNewSize=128M。

永久區內存優化：

調整PermSize參數如-XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=512M。

棧內存優化：

調整每個線程的棧內存容量，如 -Xss2028K。

最終，一個內存中JVM所占的內存=堆內存+永久區內存+所有線程所占的棧內存總和。

一個bean被new出來后，在內存空間的走向？

Student s = new Student();

1）加載Student類文件到棧內存，開辟空間；

2）在棧內存為s開辟空間；

3）在堆內存為Student對象開辟空間；

4）給Student的成員變量分配默認值；

5）如果成員變量有給定值則用給定值覆蓋默認值；

6）通過構造方法給成員變量賦值；

7）把Student對象在堆內存的地址值賦給s變量。

成員變量的初始化在構造函數之前。

類加載器：

java類裝載方式：

1）隱式裝載：程序在運行過程中碰到通過new等方式生成對象時，隱式調用類加載器加載對應的類到jvm中；

2）顯示裝載：通過class.forName()等方式，顯示加載需要的類。

類加載的動態體現：

一個應用程序是由n多個類組成，java程序啟動時，並不是一次性把所有的類全部加載后再運行，它總是先把保證程序運行的基礎類一次性加載到jvm中，其他類等到jvm用到的時候再加載，這樣的好處是節省了內存的開銷，因為java最早就是為嵌入式系統開發的，內存寶貴，這是一種可以理解的機制，而用到時再加載也是java動態性的一種體現。

java類裝載機制：

1）Bootstrap loader：Bootstrap加載器是用C++寫的，它是在虛擬機啟動后初始化的，主要負責加載%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath參數指定的路徑以及%JAVA_HOME%/jre/classess中的類；

2）ExtClassLoader：BootStrap loader加載ExtClassLoader，並且將ExtClassLoader的父加載器設置為Bootstrap loader。ExtClassLoader是用java寫的，主要加載%JAVA_HOME%/jre/lib/ext路徑下所有的classes目錄以及java.ext.dirs系統變量指定的路徑中類庫。

3）AppClassLoader：BootStrap Loader加載完ExtClassLoader后，就會加載AppClassLoader，並且將AppClassLoader的父加載器指定為ExtClassLoader。AppClassLoader也是用java寫的。classLoader中有個getSystemClassLoader方法，此方法返回的正是AppClassLoader，AppClassLoader主要負責加載classpath所指定的位置的類或者是jar文檔，是java程序默認的類加載器。

關系如圖;

為什么要有三個類加載器，一方面是分工，各自負責各自的區域，另一方面是為了實現委托模型。

類加載器之間是如何協調工作的？

java采用了委托模型機制，這個機制簡單來說，就是“類裝載器有載入類的需求時，會先請示其Parent使用其搜索路徑幫忙載入，如果Parent找不到，那么才由自己按照自己的搜索路徑搜索類”。

描述一下JVM加載class文件的原理機制？

【加載、驗證、准備、解析、初始化、使用、卸載 7個階段】

1）裝載：查找和導入Class文件；

2）鏈接：其中解析步驟是可以選擇的；

檢查：檢查載入的class文件數據的正確性
准備：給類的靜態變量分配存儲空間
解析：將符號引用轉成直接引用

3）初始化：對靜態變量，靜態代碼塊執行初始化工作。

java裝載類使用“全盤負責委托機制”，“全盤負責”是指當一個ClassLoader裝載一個類時，除非顯示的使用另外一個ClassLoader，該類所依賴及引用的類也由這個ClassLoader載入；“委托機制”是指先委托父類裝載器尋找目標類，只有在找不到的情況下才從自己的類路徑中查找並裝載目標類。這一點是從安全方面考慮的，試想一個人如果寫了一個惡意的基礎類(java.lang.String)並加裝到JVM將會引起嚴重的后果，但有了全盤負責制，java.lang.String永遠是由根裝載器來裝載，避免了以上情況的發生。除了JVM默認的三個ClassLoader外，第三方可以編寫自己的類加載器，以實現一些特殊的需求。類文件被裝載解析后，在JVM中有一個對應的java.lang.Class對象，提供了類結構信息的描述。數組、枚舉，及基本數據類型，甚至void都擁有對應的Class對象。Class類沒有public的構造方法，Class對象是在裝載類時由JVM調用類裝載器中的defineClass()方法自動構造的。

為什么要使用這種雙親委托模式呢？

主要有兩方面的原因，第一是避免重復加載，當父加載器已經加載了該類的時候，就沒必要子加載器再來加載一次；

另一方面就是考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托機制，我們可以隨時使用自定義的String動態替代java核心api中定義的類型，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因為String已經在啟動時被加載，所以用戶自定義類是無法加載一個自定義的ClassLoader。

定義自己的ClassLoader？

java中提供的默認類加載器，只能加載指定目錄下的jar和class，如果我們想加載其他位置的類或者jar時，比如，我要加載網絡上的一個class文件，通過動態加載到內存之后，要調用這個類中的方法實現我的業務邏輯。在這種情況下，默認的類加載器已經不能滿足我們的需求了，需要定義自己的ClassLoader。

定義自己的類加載器分為兩步：

1）繼承java.lang.ClassLoader；

2）重寫父類的findClass方法。

如何讓棧溢出，如何讓方法區溢出？

棧溢出：死循環；

方法區溢出：借助CGLib使方法區出現內存溢出異常。方法區用於存放Class的相關信息，對於這些區域測試的基本思路：運行時產生大量的類去填滿方法區，直到溢出。

參考：

https://www.cnblogs.com/kivi/p/3197825.html

https://blog.csdn.net/wang740209668/article/details/65474752

https://www.cnblogs.com/doit8791/p/5820037.html

寫出幾個JVM優化配置參數？

-Xms：初始堆大小。只要啟動，就占用的堆大小。