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本模块适合 Java后端研发（业务岗、架构岗）、Java安卓原生研发等 Java 相关岗位的同学。

讲讲 jvm 的内存结构，细分到 JDK 7 和 JDK 8 的区别 ​

Java 虚拟机（JVM）的内存结构主要分为以下几个区域：

  1. 程序计数器（Program Counter Register）：线程私有，用来存储当前线程执行的字节码指令地址。
  2. Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：线程私有，每个线程都有一个栈，用来存储方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
  3. 本地方法栈（Native Method Stack）：线程私有，用来存储本地方法的信息。
  4. Java 堆（Java Heap）：所有线程共享，用来存储对象实例。
  5. 方法区（Method Area）：所有线程共享，用来存储类的结构信息、常量、静态变量等。
  6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）：方法区的一部分，用来存储编译期生成的字面量和符号引用。
  7. 直接内存（Direct Memory）：不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是也会被频繁使用，主要是 NIO 中使用的堆外内存。

JDK 7 和 JDK 8 的内存结构区别主要在于永久代的移除和元空间的引入。

  • JDK 7 中，方法区是永久代（Perm）的实现，存储类的结构信息、常量、静态变量等。永久代的大小是有限的，当类的数量增多时，会导致永久代内存溢出。永久代的垃圾回收主要是通过Full GC来进行，效率较低。
  • JDK 8 中，永久代被移除，取而代之的是元空间（Metaspace），元空间是使用本地内存来存储一些元数据（常量池和静态变量则被移动至 Java 堆中）。元空间的大小是受限于本地内存，当类的数量增多时，会导致本地内存溢出。元空间的垃圾回收主要是通过Full GC来进行，效率较高。

JDK 8 中的元空间相比于 JDK 7 中的永久代有以下几个优点：

  1. 元空间使用本地内存，不受永久代大小的限制，可以动态调整。
  2. 元空间的垃圾回收效率高，不会出现永久代内存溢出的情况。
  3. 元空间的内存分配和回收更加灵活，可以避免内存泄漏。

讲讲 JVM 的垃圾回收时的可达性检测算法 ​

Java 虚拟机的垃圾回收可达性分析算法主要采用的是根搜索算法。

根搜索算法是通过一系列的GC Roots对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索过程中所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可达的，即为垃圾对象。

GC Roots对象包括以下几种：

  1. 虚拟机栈中引用的对象。
  2. 本地方法栈中引用的对象。
  3. 方法区中静态属性引用的对象。
  4. 方法区中常量引用的对象。

根搜索算法的优点是不需要暂停用户线程，可以并发执行，不会影响用户线程的执行。

可达性检测算法还包含了引用计数算法，但是引用计数算法无法解决循环引用的问题，会导致内存泄漏。

讲讲 JVM 的垃圾回收算法 ​

先说说常见的垃圾回收算法：

  1. 标记 - 清除算法（Mark-Sweep）：标记 - 清除算法是一种基础的垃圾回收算法，分为标记和清除两个阶段。首先标记所有存活对象，然后清除所有未标记的对象。标记 - 清除算法优点是实现简便，不需要移动对象，但由于算法过程中需要暂停应用，且会产生内存碎片，导致如果需要分配大对象时，可能会因为内存碎片不足而提前触发垃圾回收。
  2. 复制算法（Copying）：复制算法是一种高效的垃圾回收算法，将内存空间划分为两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完时，将存活对象复制到另一块内存中，然后清除当前内存。复制算法优点是实现简单，不会产生内存碎片，但缺点是需要额外的内存空间。
  3. 标记 - 整理算法（Mark-Compact）：标记 - 整理算法是一种高效的垃圾回收算法，结合了标记 - 清除算法和复制算法的优点，标记存活对象，然后将存活对象向一端移动，清除另一端的内存。标记 - 整理算法优点是不会产生内存碎片，但缺点是需要移动对象，可能会影响性能。
  4. 分代收集算法（Generational）：分代收集算法是一种高效的垃圾回收算法，根据对象的存活周期将内存划分为不同的代，一般分为新生代和老年代。新生代使用复制算法，老年代使用标记 - 整理算法。分代算法优点是根据对象的存活周期选择合适的算法，提高了垃圾回收效率。

Java 虚拟机的垃圾回收算法主要采用的是分代收集算法。

在新生代中，分为 Eden 区、Survivor 区的 From 区和 Survivor 区的 To 区，比例为 8:1:1，使用复制算法。首先将 Eden 区存活的对象复制到 From 区，然后将 Eden 清空。当 From 区满时，将存活的对象复制到 To 区，清空 Eden 和 From 区，然后将 From 区和 To 区交换。循环往复直到 To 区放不下存活的对象。新生代发生的 GC 称为 Minor GC。

在老年代中，使用标记 - 整理算法，标记存活对象，然后将存活对象向一端移动，清除另一端的内存。老年代发生的 GC 称为 Major GC 或 Full GC。Major GC 的触发会连带触发 Minor GC。

讲讲 JVM 的垃圾回收器（不常考） ​

Java 虚拟机的垃圾回收器主要分为以下几种：

  1. 串行垃圾回收器（Serial GC）：串行垃圾回收器是一种单线程的垃圾回收器，使用复制算法，适用于单核 CPU 的环境。串行垃圾回收器在新生代使用复制算法，在老年代使用标记 - 整理算法。
  2. 并行垃圾回收器（Parallel GC）：并行垃圾回收器是一种多线程的垃圾回收器，使用复制算法，适用于多核 CPU 的环境。并行垃圾回收器在新生代使用复制算法，在老年代使用标记 - 整理算法。
  3. CMS 垃圾回收器（Concurrent Mark-Sweep GC）：CMS 垃圾回收器是一种并发的垃圾回收器，使用标记 - 清除算法，适用于对响应时间有要求的场景。CMS 垃圾回收器在新生代使用复制算法，在老年代使用标记 - 清除算法。
  4. G1 垃圾回收器（Garbage-First GC）：G1 垃圾回收器是一种面向服务端的垃圾回收器，使用分代收集算法，适用于大内存、多核 CPU 的环境。G1 垃圾回收器将堆内存划分为多个区域，每个区域独立进行垃圾回收，可以控制垃圾回收的时间和内存占用。

不同的垃圾回收器适用于不同的场景，可以根据应用的特点和需求选择合适的垃圾回收器。

讲讲常见的引用类型（不常考） ​

Java 中的引用类型主要分为以下几种：

  1. 强引用（Strong Reference）：强引用是最常见的引用类型，只要存在强引用，垃圾回收器就不会回收对象。例如：
java
Object obj = new Object();
  1. 软引用（Soft Reference）：软引用是一种相对弱化的引用类型，只有在内存不足时，垃圾回收器才会回收对象。例如：
java
SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(new Object());
  1. 弱引用（Weak Reference）：弱引用是一种更弱化的引用类型，只要发生垃圾回收，就会回收对象。例如：
java
WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object());
  1. 虚引用（Phantom Reference）：虚引用是一种最弱化的引用类型，无法通过虚引用获取对象，主要用来跟踪对象被回收的状态。例如：
java
ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue);

引用类型的主要作用是帮助开发者更好地管理内存，避免内存泄漏和内存溢出。

讲讲 JVM 的类加载机制 ​

Java 虚拟机的类加载机制主要分为以下几个步骤：（3、4、5 统称为链接）

  1. 加载（Loading）：加载是指将类的字节码文件加载到内存中，并生成一个java.lang.Class对象。
  2. 验证（Verification）：验证是指对字节码文件进行验证，确保字节码文件的正确性和安全性。
  3. 准备（Preparation）：准备是指为类的静态变量分配内存，并初始化为默认值。
  4. 解析（Resolution）：解析是指将类的符号引用解析为直接引用。
  5. 初始化（Initialization）：初始化是指执行类的构造方法，初始化类的静态变量和静态代码块。

类加载机制主要遵循以下几个原则：

  1. 双亲委派模型（常见的代理模式）：类加载器之间存在父子关系，子类加载器会委托父类加载器加载类，在父类加载器加载不了类时，子类加载器才会加载类，如果都加载不了类，会抛出ClassNotFoundException异常。（自下向上委托，自上向下加载）
  2. 全盘负责原则：类加载器负责加载类的所有依赖类，如果依赖类没有加载，会先加载依赖类，除非显式调用另一个类加载器加载类。
  3. 缓存机制：类加载器会缓存加载过的类，避免重复加载。

此外，例如 Tomcat 采用的加载方式虽然是一种代理模式，但是并不是双亲委派模型，而是先尝试自己加载，加载不到再委托父类加载器加载，和双亲委派模型有所区别。

类加载机制的主要作用是实现类的动态加载和动态链接，提高程序的灵活性和可扩展性。

什么时候才会触发类的初始化 ​

Java 虚拟机在初始化一个类时，会按照以下顺序主动执行类的初始化：

  1. 当创建类的实例时，会触发类的初始化。
  2. 当访问类的静态变量时，会触发类的初始化。
  3. 当调用类的静态方法时，会触发类的初始化。
  4. 当使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时，会触发类的初始化。
  5. 当初始化一个类时，如果发现其父类还没有初始化，则会先触发其父类的初始化。

类的初始化主要是执行类的构造方法，初始化类的静态变量和静态代码块。其中，main 方法所在类被初始化属于第一种情况。

讲讲 JVM 的类加载器 ​

Java 虚拟机的类加载器主要分为以下几种：

  1. 启动类（引导类）加载器（Bootstrap ClassLoader）：启动类加载器是 Java 虚拟机的内置类加载器，负责加载JAVA_HOME/lib目录下的核心类库，如rt.jar、charsets.jar等。
  2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：扩展类加载器是 Java 虚拟机的内置类加载器，负责加载JAVA_HOME/lib/ext目录下的扩展类库，如junit.jar、mysql-connector-java.jar等。
  3. 应用类加载器（Application ClassLoader）：应用类加载器是 Java 虚拟机的内置类加载器，负责加载应用程序的类路径（classpath）下的类库，如-classpath或-cp参数指定的类库。
  4. 自定义类加载器（Custom ClassLoader）：自定义类加载器是开发者自定义的类加载器，继承自ClassLoader类，可以实现自定义的类加载逻辑。

类加载器主要负责加载类的字节码文件，并生成java.lang.Class对象，类加载器之间存在父子关系，子类加载器会委托父类加载器加载类，只有在父类加载器加载不了类时，子类加载器才会加载类。

简单讲讲 jvm 调优 （面试时尽可能说没做过，绝大部分学生不可能接触到 jvm 调优，会引发真实性问题） ​

Java 虚拟机的调优主要分为以下几个方面：

  1. 内存调优：主要是调整堆内存大小、新生代和老年代比例、永久代大小等，可以通过-Xms、-Xmx、-Xmn、-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize等参数进行调优。
  2. 垃圾回收调优：主要是调整垃圾回收器的类型、堆内存分代比例、垃圾回收线程数等，可以通过-XX:+UseSerialGC、-XX:+UseParallelGC、-XX:+UseConcMarkSweepGC、-XX:+UseG1GC等参数进行调优。
  3. 线程调优：主要是调整线程池的大小、线程栈大小、线程优先级等，可以通过-Xss、-Xmx、-Xms、-XX:ThreadStackSize、-XX:ThreadPriority等参数进行调优。
  4. 类加载调优：主要是调整类加载器的加载路径、类加载器的委托关系等，可以通过-classpath、-cp等参数进行调优。
  5. JIT 调优：主要是调整即时编译器的编译级别、编译触发条件等，可以通过-XX:+TieredCompilation、-XX:+PrintCompilation、-XX:CompileThreshold等参数进行调优。

Java 虚拟机的调优主要是根据应用的特点和需求，调整虚拟机的参数，提高程序的性能和稳定性。