1.JVM 的各部分組成

知道JVM 的好處：知道java 運行機制，排查問題的能力增加，比如內存泄漏、CPU飆高

JVM 是什么：Java Virtual Machine縮寫，Java程序的運行環境（java二進制字節碼的運行環境）

好處：

• 一次編寫，到處運行
• 自動內存管理，垃圾回收機制

從圖中可以看出 JVM 的主要組成部分

• ClassLoader（類加載器）：負責將 .class 文件加載到 JVM 中，并轉換為運行時數據結構（Class 對象）
• Runtime Data Area（運行時數據區）：管理程序運行時的內存分配和數據存儲
• Execution Engine（執行引擎）：把字節碼翻譯為底層系統指令
  • 解釋器：解釋字節碼信息
  • 即時編譯器：針對代碼進行優化
  • GC：主要是指運行數據區中的堆空間
• Native Method Library（本地庫接口）：由C或C++實現，因為Java代碼并不能實現某些功能，需要借助系統提供的接口（本地方法接口）

重點講解下面部分：

JVM組成：重點介紹運行數據區

類加載器：主要指類加載子系統（比如：一個類的生命周期是什么、常見的類加載器有哪些）

垃圾回收：主要指的是堆中的對象垃圾回收，包含了垃圾回收算法、垃圾回收器、怎么去設置

JVM實踐：JVM 調優的一些內容，比如參數怎么設置，該設置多少？出錯了怎么辦？比如內存泄漏問題、CPU飆高問題

2.運行時數據區

管理程序運行時的內存分配和數據存儲

分為以下部分：

1. 線程共享區域

   • 方法區（Method Area）
     • 存儲類的元數據（類名、類的結構、方法信息、字段信息）、靜態變量、常量池等。
     • JDK 8 后由元空間（Metaspace）實現，直接使用本地內存。
   • 堆（Heap）
     • 存儲所有對象實例和數組，是垃圾回收（GC）的主要區域。
     • 分為新生代（Eden、Survivor區）和老年代。

2. 線程私有區域

• 虛擬機棧（JVM Stack）
  • 每個方法調用對應一個棧幀（存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口）。
  • 棧深度超出限制時拋出 StackOverflowError。
• 本地方法棧（Native Method Stack）
  • 為 Native 方法（如 C/C++ 實現的方法）服務。
• 程序計數器（Program Counter Register）
  • 記錄當前線程執行的字節碼指令地址（分支、循環、異常處理依賴此區域）。

2.1.什么是程序計數器？

屬于運行數據區的一部分，是線程私有的（沒有線程安全問題），每個線程都有一份，內部保存的字節碼的行號。用于記錄正在執行的字節碼指令的地址。

javap -v xx.class 打印每個方法的詳細信息，包括字節碼指令（操作碼）、局部變量表、操作數棧等。

什么是程序計數器？

屬于運行數據區的一部分，是線程私有的（沒有線程安全問題），每個線程都有一份，內部保存的字節碼的行號。用于記錄正在執行的字節碼指令的地址。

2.2.你能給我詳細的介紹Java堆嗎?

它是線程共享的區域（有線程安全問題），主要用來保存實例，數組等，當堆中沒有內存空間可分配給實例，也無法再擴展時，則拋出OutOfMemoryError異常。

下圖是運行數據區：

S0、S1也被成為幸存者區 ，一個對象來了之后先會到Eden（伊甸）區，假如這個對象在垃圾回收之后還存活，就會被復制移動到S0或者S1，假如對象移動一定次數還存活著，就會被放到老年代中，老年代是指生命周期比較長的

1. 年輕代被劃分為三部分，Eden區和兩個大小嚴格相同的Survivor區，根據JVM的策略，在經過幾次垃圾收集后，任然存活于Survivor的對象將被移動到老年代區間。
2. 老年代主要保存生命周期長的對象，一般是一些老的對象
3. 元空間（方法區）保存的類名、類的結構、方法信息、字段信息、靜態變量、常量池等。

java1.7和java1.8 堆的區別是什么？

在java1.8 之前，堆中有個永久代概念，和元空間的作用是一樣的。因為元空間或方法區，主要存儲的是一些類或者常量，隨著項目類加載越來越多，java 1.7的永久代不可控，如果設置小了，就會存在內存溢出，設置大了會浪費內存，java1.8做了優化，都放到本地內存，這樣堆節省空間，防止內存溢出，避免OOM。

你能給我詳細的介紹Java堆嗎?

• 線程共享的區域：主要用來保存對象實例，數組等，內存不夠則拋出OutOfMemoryError異常。
• 組成：年輕代+老年代
  • 年輕代被劃分為三部分，Eden區和兩個大小嚴格相同的Survivor區
  • 老年代主要保存生命周期長的對象，一般是一些老的對象
• Jdk1.7和1.8的區別
  • 1.7中有有一個永久代，存儲的是類名、類的結構、方法信息、字段信息、靜態變量、常量池等
  • 1.8移除了永久代，把數據存儲到了本地內存的元空間中，防止內存溢出

2.3.能不能解釋一下方法區？

屬于運行數據區的一部分

• 方法區(Method Area)是各個線程共享的內存區域
• 存儲類的元數據（類名、類的結構、方法信息、字段信息）、靜態變量、常量池等
• 虛擬機啟動的時候創建，關閉虛擬機時釋放
• 如果方法區域中的內存無法滿足分配請求，則會拋出OutOfMemoryError: Metaspace

方法區邏輯上屬于堆的一部分，但是不同廠商，存儲的位置不一樣，我們現在用的時oracle 提供的hotpot 虛擬機，在JDK8 之前，方法區是存在堆中一個叫永久代這個區域中，在JDK8 之后，把永久代給移除了，換了一個實現，這個實現叫做元空間，元空間不在堆內存中，用的是本地內存，也就是操作系統內存，為什么會挪動？避免OOM

• Class：類的信息，包括了類名、類的結構、方法、字段等
• Classloader：來加載這個類

2.3.1常量池

可以看作是一張表，虛擬機指令根據這張常量表找到要執行的類名、方法名、參數類型、字面量等信息
javap -v Application.class ，查看字節碼結構（類的基本信息、常量池、方法定義）

下圖，左側是main方法的指令信息，右側constant pool 是常量池，main方法按照指令執行的時候，需要到常量池中查表翻譯找到具體的類和方法地址去執行

2.3.2.運行時常量池

常量池是 *.class 文件中的，當該類被加載，它的常量池信息就會放入運行時常量池，并把里面的符號地址變為真實地址 （真正的內存地址）

能不能解釋一下方法區？

• 方法區(Method Area)是各個線程共享的內存區域
• 主要存儲類名、類的結構、方法信息、字段信息、靜態變量、常量池
• 虛擬機啟動的時候創建，關閉虛擬機時釋放
• 如果方法區域中的內存無法滿足分配請求，則會拋出OutOfMemoryError: Metaspace

介紹一下運行時常量池

• 常量池：可以看作是一張表，虛擬機指令根據這張常量表找到要執行的類名、方法名、參數類型、字面量等信息
• 當類被加載，它的常量池信息就會放入運行時常量池，并把里面的符號地址變為真實地址

2.4.什么是虛擬機棧？

Java Virtual machine Stacks (java 虛擬機棧)

• 每個線程運行時所需要的內存，稱為虛擬機棧（多個線程也會創建多個虛擬機棧，是線程私有、線程安全的），先進后出（什么時候創建虛擬機棧？）
• 每個棧由多個棧幀（frame）組成（方法會調用其它方法，產生多個棧幀），對應著每次方法調用時所占用的內存（每個棧幀包含方法所需要的數據，比如參數、局部變量、返回地址）
• 每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法

2.4.1.垃圾回收是否涉及棧內存？

垃圾回收主要指就是堆內存，當棧幀彈棧以后，內存就會釋放

2.4.2.棧內存分配越大越好嗎？

未必，默認的棧內存通常為1024k，棧幀過大會導致線程數變少（每個線程都會創建虛擬機棧），例如，機器總內存為512m，目前能活動的線程數則為512個，如果把棧內存改為2048k，那么能活動的棧幀（或者線程）就會減半

2.4.3.方法內的局部變量是否線程安全？

• 如果方法內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（形參StringBuilder），并逃離方法的作用范圍，需要考慮線程安全

m1方法線程安全，m2 和m3 方法不安全

m1：每個線程來了之后，都會創建棧幀，每個棧幀都會有局部變量sb，每個線程都是獨有的，并沒有線程安全問題

m2：形參sb也是局部變量，在參數傳遞過程中，有可能會被其它線程操作。比如主線程中創建了一個StringBuilder對象sb,又在新線程里面把sb作為參數傳給了m2方法，主線程和新線程都在修改sb,sb是主線程和新線程共享的，線程不安全。

m3：會把局部變量返回，這個局部變量有可能會被其它線程共用，可以在mian 方法中調用m3 方法，得到局部變量，然后在mian 方法中開啟多線程同時去操作這個變量，也成了多個線程共用的變量

2.4.4.什么情況下會導致棧內存溢出？

• 棧幀過多導致棧內存溢出（java.lang.StackOverflowError），典型問題：遞歸調用
• 棧幀過大導致棧內存溢出（1M內存，不太容易出現）

public static void m4()
{m4();
}

1.什么是虛擬機棧

• 每個線程運行時所需要的內存，稱為虛擬機棧，它是先進后出的特點
• 每個棧由多個棧幀（frame）組成，對應著每次方法調用時所占用的內存
• 每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法

2.垃圾回收是否涉及棧內仔?

• 垃圾回收主要指就是堆內存，當棧幀彈棧以后，內存就會釋放

3.棧內存分配越大越好嗎?

• 未必，默認的棧內存通常為1024K，棧幀過大會導致線程數變少

4.方法內的局部變量是否線程安全?

• 如果方法內局部變里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

5.什么情況下會導致棧內存溢出?

• 棧幀過多導致棧內存溢出，典型問題:遞歸調用
• 棧幀過大導致棧內存溢出

6.堆和棧的區別是什么？

• 棧內存一般會用來存儲方法調用的棧幀、局部變量、操作數棧等，但堆內存是用來存儲Java對象和數組的。堆會GC垃圾回收，而棧不會。
• 棧內存是線程私有的，而堆內存是線程共有的。
• 兩者異常錯誤不同，但如果棧內存或者堆內存不足都會拋出異常。
  • 棧空間不足：java.lang.StackOverFlowError。
  • 堆空間不足：java.lang.OutOfMemoryError。

3.你聽過直接內存嗎？

并不屬于JVM中的內存結構，不由JVM進行管理。是虛擬機的系統內存（操作系統內存），常見于 NIO 操作時，用于數據緩沖區，它分配回收成本較高，但讀寫性能高

IO

java 本身不具有磁盤讀寫能力，要調用磁盤讀寫，必須調用操作系統提供的函數，會調用本地的方法，native 修飾的方法都是操作系統提供的方法，使用native 修飾的方法去操作磁盤文件。 這里涉及到CPU的運行狀態，會從java 的 用戶態切換到內核態，這是CPU狀態的改變，其次內存也有一系列操作，當切換到內核態之后，會由CPU 的函數讀取磁盤文件，會在操作系統中劃出一塊緩沖區，這個緩沖區我們也稱為系統緩存區，磁盤內容會讀到系統緩存區中，它不能把幾百兆的數據一次性全部讀到系統緩存區中，會利用緩沖區分批次進行讀取，讀到系統的緩存區，這個系統緩沖區，我們java 代碼是不能操作的，java 會在堆中分配一塊內存，對應代碼中 new byte[] ，會劃分java 的緩沖區，我們代碼要想訪問剛才讀到的流中數據，必須要從系統的緩存區讀到java 的緩沖區，讀到java 的緩沖區會進入java 的下一個狀態（用戶態），會調用輸出流的寫入操作，這樣反復進行讀寫，這個文件會復制到目標位置。也發現問題所在，有兩個緩沖區，有兩塊內存，一個是系統提供的系統緩存區，另一個是java 的緩沖區，讀取數據的時候，數據要存兩份，第一次讀到系統緩沖區，第二次讀到java 緩沖區，因為java 代碼訪問不了系統緩沖區，必須讀到java 緩沖區之后，java 代碼才能進行操作，這就造成不必要的數據復制，因此效率不是很高

NIO

操作系統中劃出了一塊緩沖區，這個區域叫直接內存，系統也可以訪問，java 代碼可以直接訪問。磁盤文件讀寫的時候，java 代碼操作非常方便，比IO少了一次緩沖區的復制操作，所以說速度成倍的提升

你聽過直接內存嗎？

• 并不屬于JVM中的內存結構，不由JVM進行管理。是虛擬機的系統內存
• 常見于 NIO 操作時，用于數據緩沖區，分配回收成本較高，但讀寫性能高，不受 JVM 內存回收管理

4.什么是類加載器，類加載器有哪些？

• 類加載器：負責將 .class 文件加載到 JVM 中，并轉換為運行時數據結構（Class 對象）
• 運行時數據區：管理程序運行時的內存分配和數據存儲
• 執行引擎：執行字節碼文件或本地方法，把字節碼翻譯為底層系統指令
• 垃圾回收器：用于對JVM中的垃圾內容進行回收

什么是類加載器，類加載器有哪些 ？

類加載器：JVM只會運行二進制文件，負責將 .class 文件加載到 JVM 中，并轉換為運行時數據結構（Class 對象），從而讓Java程序能夠啟動起來。