06.Java虚拟机问题

时间 2019-11-09

标签 06.java java 虚拟机问题栏目 Java 繁體版

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目录介绍

6.0.0.1 运行时数据区域有哪些？Java虚拟机栈是作什么的？本地方法栈又是作什么的？
6.0.0.2 对象的内存布局？对象的访问定位方式有哪些？使用指针访问和使用句柄访问各具备何优点？
6.0.0.3 说一下对象的建立过程？变量建立过程种放在虚拟机哪里？
6.0.0.4 OutOfMemoryError异常在哪些数据区域中可能会出现？分别说一下这个数据区域出现OOM的场景和原因？
6.0.0.6 Java中堆和栈的区别？分别写出堆内存溢出与栈内存溢出的程序？
6.0.0.7 若是对象的引用被置为null，垃圾收集器是否会当即释放对象占用的内存？
6.0.0.8 java中垃圾收集的方法有哪些？
6.0.1.1 如和判断一个对象是否存活?引用计数法和可达性算法哪一个更加好？如何理解一个对象不必定会被回收？
6.0.1.2 Class.forName() 和ClassLoader.loadClass()区别？

好消息

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6.0.0.1 运行时数据区域有哪些？Java虚拟机栈是作什么的？本地方法栈又是作什么的？

运行时数据区域有哪些？
- Java虚拟机管理的内存包括几个运行时数据内存：方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器，其中方法区和堆是由线程共享的数据区，其余几个是线程隔离的数据区
- 1.1 程序计数器
  - 程序计数器是一块较小的内存，他能够看作是当前线程所执行的行号指示器。字节码解释器工做的时候就是经过改变这个计数器的值来选取下一条须要执行的字节码的指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都须要依赖这个计数器来完成。若是线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；若是正在执行的是Native方法，这个计数器则为空。此内存区域是惟一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemotyError状况的区域
- 1.2 Java虚拟机栈
  - 虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每一个方法在执行的同时都会建立一个栈帧用于储存局部变量表、操做数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
  - 技术博客大总结
  - 栈内存就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表的部分
  - 局部变量表存放了编辑期可知的各类基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（refrence）类型和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
  - 其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个局部变量空间，其他的数据类型只占用1个。
  - Java虚拟机规范对这个区域规定了两种异常情况：若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的深度，将抛出StackOverflowError异常。若是虚拟机扩展时没法申请到足够的内存，就会跑出OutOfMemoryError异常
- 1.3 本地方法栈
  - 本地方法栈和虚拟机栈发挥的做用是很是相似的，他们的区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务
  - 本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryErroy异常
- 1.4 Java堆
  - 堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被全部线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候建立，此内存区域的惟一目的是存放对象实例，几乎全部的对象实例都在这里分配内存。全部的对象实例和数组都在堆上分配
  - Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。Java堆细分为新生代和老年代
  - 无论怎样，划分的目的都是为了更好的回收内存，或者更快地分配内存
  - Java堆能够处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的便可。若是在堆中没有完成实例分配，而且堆也没法在扩展时将会抛出OutOfMemoryError异常
- 1.5 方法区
  - 方法区它用于储存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
  - 除了Java堆同样不须要连续的内存和能够选择固定大小或者可扩展外，还能够选择不实现垃圾收集。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载
  - 当方法区没法知足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryErroy异常
- 1.6 运行时常量池
  - 它是方法区的一部分。Class文件中除了有关的版本、字段、方法、接口等描述信息外、还有一项信息是常量池，用于存放编辑期生成的各类字面量和符号引用，这部份内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放
  - Java语言并不要求常量必定只有编辑期才能产生，也就是可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的即是String类的intern()方法
  - 当常量池没法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常

6.0.0.2 对象的内存布局？对象的访问定位方式有哪些？使用指针访问和使用句柄访问各具备何优点？

对象的内存布局？
- 在HotSpot虚拟机中，对象在内存中储存的布局能够分为3块区域：对象头、实例数据和对齐填充
- 对象头包括两部分：
  - a) 储存对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分带年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳
  - b) 另外一部分是指类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机经过这个指针来肯定这个对象是那个类的实例
对象的访问定位方式有哪些？
- 使用句柄访问
  - Java堆中将会划分出一块内存来做为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址
- 使用直接指针访问
  - Java堆对象的布局就必须考虑如何访问类型数据的相关信息,而refreence中存储的直接就是对象的地址
使用指针访问和使用句柄访问各具备何优点？
- 使用句柄访问优点:reference中存储的是稳点的句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是很是广泛的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference自己不须要修改
- 使用直接指针访问优点：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销，因为对象的访问在Java中很是频繁，所以这类开销聚沙成塔后也是一项很是可观的执行成本
- 技术博客大总结

6.0.0.3 说一下对象的建立过程？变量建立过程种放在虚拟机哪里？

说一下对象的建立过程？好比：Dog dog= new Dog()；
- 当虚拟机执行到new指令时，它先在常量池中查找“Dog”，看可否定位到Dog类的符号引用；若是能，说明这个类已经被加载到方法区了，则继续执行。若是没有，就让Class Loader先执行类的加载。
- 而后，虚拟机开始为该对象分配内存，对象所须要的内存大小在类加载完成后就已经肯定了。这时候只要在堆中按需求分配空间便可。具体分配内存时有两种方式，第一种，内存绝对规整，那么只要在被占用内存和空闲内存间放置指针便可，每次分配空间时只要把指针向空闲内存空间移动相应距离便可，当某对象被GC回收后，则须要进行某些对象内存的迁移。第二种，空闲内存和非空闲内存夹杂在一块儿，那么就须要用一个列表来记录堆内存的使用状况，而后按需分配内存。
- 对于多线程的状况，如何确保一个线程分配了对象内存但还没有修改内存管理指针时，其余线程又分配该块内存而覆盖的状况？有一种方法，就是让每个线程在堆中先预分配一小块内存（TLAB本地线程分配缓冲），每一个线程只在本身的内存中分配内存。但对象自己按其访问属性是能够线程共享访问的。
- 内存分配到后，虚拟机将分配的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)。实例变量按变量类型初始化相应的默认值（数值型为0，boolan为false），因此实例变量不赋初值也能使用。接着设置对象头信息，好比对象的哈希值，GC分代年龄等。技术博客大总结
- 从虚拟机角度，此时一个新的对象已经建立完成了。但从咱们程序运行的角度，新建对象才刚刚开始，对象的构造方法尚未执行。只有执行完构造方法，按构造方法进行初始化后，对象才是完全建立完成了。构造函数的执行还涉及到调用父类构造器，若是没有显式声明调用父类构造器，则自动添加默认构造器。
- new运算符能够返回堆中这个对象的引用
变量建立过程种放在虚拟机哪里？
- 变量是实例变量、局部变量或静态变量的不一样将引用放在不一样的地方：
  - 若是dog局部变量，dog变量在栈帧的局部变量表，这个对象的引用就放在栈帧。
  - 若是dog是实例变量，dog变量在堆中，对象的引用就放在堆。
  - 若是dog是静态变量，dog变量在方法区，对象的引用就放在方法区。

6.0.0.4 OutOfMemoryError异常在哪些数据区域中可能会出现？分别说一下这个数据区域出现OOM的场景和原因？

OutOfMemoryError异常在哪些数据区域中可能会出现？
- Java堆溢出
- 虚拟机栈和本地方法栈溢出
- 方法区和运行时常量池溢出
分别说一下这个数据区域出现OOM的场景和原因？
- Java堆溢出
  - Java堆用于存储对象实例，只要不断的建立对象，而且保证GCRoots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常
  - 若是是内存泄漏，可进一步经过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。因而就能找到泄露对象是经过怎样的路径与GC Roots相关联并致使垃圾收集器没法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息及GC Roots引用链的信息，就能够比较准确地定位出泄漏代码的位置
  - 若是不存在泄露，换句话说，就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xmx与-Xms），与机器物理内存对比看是否还能够调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的状况，尝试减小程序运行期的内存消耗
- 虚拟机栈和本地方法栈溢出
  - 对于HotSpot来讲，虽然-Xoss参数（设置本地方法栈大小）存在，但其实是无效的，栈容量只由-Xss参数设定。关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：
  - 若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的最大深度，将抛出StackOverflowError
  - 若是虚拟机在扩展栈时没法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常
  - 在单线程下，不管因为栈帧太大仍是虚拟机栈容量过小，当内存没法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常
  - 若是是多线程致使的内存溢出，与栈空间是否足够大并不存在任何联系，这个时候每一个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。解决的时候是在不能减小线程数或更换64为的虚拟机的状况下，就只能经过减小最大堆和减小栈容量来换取更多的线程
- 方法区和运行时常量池溢出
  - String.intern()是一个Native方法，它的做用是：若是字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回表明池中这个字符串的String对象；不然，将此String对象包含的字符串添加到常量池中，而且返回此String对象的引用
  - 因为常量池分配在永久代中，能够经过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量。技术博客大总结
  - Intern():JDK1.6 intern方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由StringBuilder建立的字符串实例在Java堆上，因此必然不是一个引用。JDK1.7 intern()方法的实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，所以intern()返回的引用和由StringBuilder建立的那个字符串实例是同一个

6.0.0.6 Java中堆和栈的区别？分别写出堆内存溢出与栈内存溢出的程序？

Java中堆和栈的区别？
- 栈内存：主要用来存放基本数据类型和局部变量；当在代码块定义一个变量时会在栈中为这个变量分配内存空间，当超过变量的做用域后这块空间就会被自动释放掉。
- 堆内存：用来存放运行时建立的对象，好比经过new关键字建立出来的对象和数组；须要由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

分别写出堆内存溢出与栈内存溢出的程序？

栈内存溢出

public void A() {
    A();
}
复制代码

堆内存溢出

public void testd() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    int i = 0;
    while (true) {
        list.add(new String(i + ""));
        i++;
    }
}
复制代码

6.0.0.7 若是对象的引用被置为null，垃圾收集器是否会当即释放对象占用的内存？

若是对象的引用被置为null，垃圾收集器是否会当即释放对象占用的内存？
- 不会，在下一个垃圾回收周期中，这个对象将是可被回收的。
- 也就是说当一个对象的引用变为null时，并不会被垃圾收集器马上回收，而是在下一次垃圾回收时才会释放其占用的内存。

6.0.0.8 java中垃圾收集的方法有哪些？

java中垃圾收集的方法有哪些
- 标记-清除:
  - 这是垃圾收集算法中最基础的，根据名字就能够知道，它的思想就是标记哪些要被回收的对象，而后统一回收。这种方法很简单，可是会有两个主要问题：1.效率不高，标记和清除的效率都很低；2.会产生大量不连续的内存碎片，致使之后程序在分配较大的对象时，因为没有充足的连续内存而提早触发一次GC动做。
- 复制算法:
  - 为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分，而后每次只使用其中的一块，当一块内存用完时，就将还存活的对象复制到第二块内存上，而后一次性清楚完第一块内存，再将第二块上的对象复制到第一块。可是这种方式，内存的代价过高，每次基本上都要浪费通常的内存。
  - 因而将该算法进行了改进，内存区域再也不是按照1：1去划分，而是将内存划分为8:1:1三部分，较大那分内存交Eden区，其他是两块较小的内存区叫Survior区。每次都会优先使用Eden区，若Eden区满，就将对象复制到第二块内存区上，而后清除Eden区，若是此时存活的对象太多，以致于Survivor不够时，会将这些对象经过分配担保机制复制到老年代中。(java堆又分为新生代和老年代)
- 标记-整理技术博客大总结
  - 该算法主要是为了解决标记-清除，产生大量内存碎片的问题；当对象存活率较高时，也解决了复制算法的效率问题。它的不一样之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端，而后清除掉端边界之外的对象，这样就不会产生内存碎片了。
- 分代收集
  - 如今的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。在新生代中，因为对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，因此可使用标记-整理或者标记-清除。

6.0.1.1 如和判断一个对象是否存活?引用计数法和可达性算法哪一个更加好？如何理解一个对象不必定会被回收？

1. 引用计数法
- 所谓引用计数法就是给每个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死对象”,将会被垃圾回收.
- 引用计数法有一个缺陷就是没法解决循环引用问题，也就是说当对象A引用对象B，对象B又引用者对象A，那么此时A,B对象的引用计数器都不为零，也就形成没法完成垃圾回收，因此主流的虚拟机都没有采用这种算法。
2.可达性算法(引用链法)
- 该算法的思想是：从一个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，若是一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。
- 在java中能够做为GC Roots的对象有如下几种:
  - 虚拟机栈中引用的对象
  - 方法区类静态属性引用的对象
  - 方法区常量池引用的对象
  - 本地方法栈JNI引用的对象
如何理解一个对象不必定会被回收？技术博客大总结
- 虽然这些算法能够断定一个对象是否能被回收，可是当知足上述条件时，一个对象比不必定会被回收。当一个对象不可达GC Root时，这个对象并不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收须要经历两次标记
- 若是对象在可达性分析中没有与GCRoot的引用链，那么此时就会被第一次标记而且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为是不必的。
- 若是该对象有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为F-Queue的对队列中，虚拟机会触发一个Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，而且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是由于若是finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会形成F-Queue队列一直等待，形成了内存回收系统的崩溃。GC对处于F-Queue中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。

6.0.1.2 Class.forName() 和ClassLoader.loadClass()区别？

Class.forName() 和ClassLoader.loadClass()区别？
- 问到的是反射，可是在底层涉及到了虚拟机的类加载知识。
- Class.forName() 默认执行类加载过程当中的链接与初始化动做，一旦执行初始化动做，静态变量就会被初始化为程序员设置的值，若是有静态代码块，静态代码块也会被执行
- ClassLoader.loadClass() 默认只执行类加载过程当中的加载动做，后面的动做都不会执行

其余介绍

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