Java虛擬機(jī)經(jīng)典問題有哪些

本篇內(nèi)容介紹了“Java虛擬機(jī)經(jīng)典問題有哪些”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

Java 是如何在保證可移植性的前提下提供高執(zhí)行效率的？

Java 程序最為常見的執(zhí)行方式，是預(yù)先編譯為一種名為 Java 字節(jié)碼的中間代碼格式。這種代碼格式無法直接運(yùn)行在 CPU 之上，而是需要借助 JVM 來執(zhí)行。換句話說，只要某個(gè)平臺(tái)提供了合乎 JVM 規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，它便能執(zhí)行這份 Java 字節(jié)碼。這也就是我們經(jīng)常說的“一次編寫，到處運(yùn)行”。

主流的 OpenJDK/OracleJDK 中所提供的 JVM 叫做 HotSpot。它同時(shí)采用了解釋執(zhí)行和即時(shí)編譯。解釋執(zhí)行就好比同聲傳譯，JVM 一邊理解輸入的字節(jié)碼一邊向 CPU 發(fā)出指令序列；即時(shí)編譯則是“磨刀不誤砍柴工”，JVM 會(huì)在運(yùn)行過程中將熱點(diǎn)代碼編譯成為可直接執(zhí)行的二進(jìn)制代碼。

這種混合執(zhí)行模式是建立在程序符合二八定律的假設(shè)上，即百分之二十的代碼占據(jù)了百分之八十的計(jì)算資源。對(duì)于不常用代碼，我們無需耗費(fèi)時(shí)間將其編譯成二進(jìn)制代碼，而是采取解釋執(zhí)行的方式運(yùn)行；另一方面，對(duì)于僅占據(jù)小部分的熱點(diǎn)代碼，JVM 則會(huì)花費(fèi)時(shí)間將其編譯為二進(jìn)制代碼，以達(dá)到理想的運(yùn)行效率。

異常捕獲是如何實(shí)現(xiàn)的？

在編譯生成的 Java 字節(jié)碼中，每個(gè)方法都附帶一個(gè)異常表。異常表中的每一行均定義了一條異常執(zhí)行路徑，其中包括規(guī)定捕獲范圍的起始字節(jié)碼索引、終止（不包含）字節(jié)碼索引，異常處理代碼的起始字節(jié)碼索引，以及所捕獲的異常類型。

當(dāng)程序觸發(fā)異常時(shí)，JVM 會(huì)從上至下遍歷異常表中的所有條目。當(dāng)觸發(fā)異常的字節(jié)碼的索引值在某行異常表?xiàng)l目的捕獲范圍內(nèi)，JVM 會(huì)判斷所拋出的異常和該條目想要捕獲的異常是否匹配。如果匹配，JVM 會(huì)將控制流轉(zhuǎn)移至該條目所指向的異常處理代碼。

上述異常捕獲機(jī)制還被用于 finally 從句的實(shí)現(xiàn)。通常，Java 程序的編譯器 javac 會(huì)復(fù)制多份 finally 代碼塊，放置于生成的 Java 字節(jié)碼之中，然后通過生成多行異常表?xiàng)l目，來實(shí)現(xiàn)完整的 finally 邏輯。

反射調(diào)用為什么慢？

默認(rèn)情況下，反射調(diào)用首先會(huì)被委派給 native 方法來進(jìn)行?？上攵溥\(yùn)行效率低下。當(dāng)某個(gè)反射調(diào)用的調(diào)用次數(shù)達(dá)到 15 之后，JDK 代碼斷定該調(diào)用屬于熱點(diǎn)調(diào)用。繼而，JDK 將動(dòng)態(tài)生成直接調(diào)用目標(biāo)方法的字節(jié)碼，并將反射調(diào)用的委派對(duì)象由原本的 native 方法實(shí)現(xiàn)切換至該動(dòng)態(tài)生成的實(shí)現(xiàn)。這種方式的運(yùn)行效率相對(duì)于 native 方法來說要高很多。

之所以 JDK 不從一開始便采用動(dòng)態(tài)生成字節(jié)碼的方式，主要是因?yàn)樯蛇^程需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。對(duì)于那些整個(gè)生命周期中僅執(zhí)行數(shù)次的反射調(diào)用，動(dòng)態(tài)生成字節(jié)碼將得不償失。

然而，即便是直接調(diào)用目標(biāo)方法的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)，其峰值性能也無法跟真正的直接調(diào)用相媲美。這背后涉及到即時(shí)編譯中的虛方法內(nèi)聯(lián)。

相關(guān)文章： < 方法內(nèi)聯(lián)（下）>

垃圾回收的基礎(chǔ)思想是什么？

目前 JVM 的主流垃圾回收器采取的都是可達(dá)性分析算法。該算法的實(shí)質(zhì)是將一系列被稱為 GC Roots 的對(duì)象作為初始的存活對(duì)象合集，然后從該合集出發(fā)探索所有能夠被該集合引用到的對(duì)象，并標(biāo)記為存活對(duì)象。當(dāng)標(biāo)記階段結(jié)束之后，未被標(biāo)記到的對(duì)象便是可以清除的。

傳統(tǒng)的垃圾回收算法在標(biāo)記、清除過程中需要中止其他應(yīng)用線程，即所謂的 Stop-The-World。新型的垃圾回收算法，如 CMS、G1 以及 ZGC，盡可能地實(shí)現(xiàn)并發(fā)標(biāo)記、清除，從而讓 Stop-The-World 的時(shí)間長(zhǎng)度可控。

垃圾回收的另一基礎(chǔ)思想則是分代回收。JVM 會(huì)將新生成的對(duì)象劃為新生代，而將在多次垃圾回收中存活下來的對(duì)象劃為老年代。JVM 會(huì)為不同的分代設(shè)置不同的回收算法，從而達(dá)到新生代多收集、快收集，老年代少收集、全收集的目標(biāo)。

如何理解 Java 內(nèi)存模型？

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)多為對(duì)稱多處理器的體系架構(gòu)。每個(gè)處理器均有獨(dú)立的寄存器組和緩存（這在 Java 內(nèi)存模型中被抽象為工作內(nèi)存）；多個(gè)處理器可同時(shí)執(zhí)行同一進(jìn)程中的不同線程。

在 Java 程序中，不同線程可能訪問同一變量或?qū)ο?。如果任由編譯器或處理器對(duì)這些訪問進(jìn)行優(yōu)化，則很可能出現(xiàn)在單線程執(zhí)行思維下無法想象的問題。因此，Java 語言規(guī)范引入了 Java 內(nèi)存模型，通過定義多項(xiàng)規(guī)則對(duì)編譯器和處理器進(jìn)行限制。

這些規(guī)則所體現(xiàn)的最為重要的屬性便是可見性，即對(duì)某一變量的訪問能否被同一線程的其他操作，或者不同線程所觀測(cè)到。Java 內(nèi)存模型引入了多種 happens-before 關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)上述可見性。以 volatile 字段為例，對(duì)其的寫操作 happens before 這之后的讀操作，也就是說，我們總能讀到 volatile 字段的最新值。

JVM 如何應(yīng)對(duì)對(duì)象鎖的各種場(chǎng)景？

重量級(jí)鎖是最為基礎(chǔ)、最為低效的對(duì)象鎖實(shí)現(xiàn)。JVM 會(huì)阻塞加鎖失敗的線程，并且在目標(biāo)鎖被釋放的時(shí)候，喚醒這些線程。我們用等紅燈作類比。Java 線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)相當(dāng)于熄火停車，再次點(diǎn)火啟動(dòng)必然耗費(fèi)時(shí)間。JVM 會(huì)在進(jìn)入阻塞狀態(tài)之前進(jìn)行自旋，也就是怠速停車。如果目標(biāo)鎖能夠在短時(shí)間內(nèi)被釋放出來，該線程便能夠不進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直接獲取該鎖。

重量級(jí)鎖針對(duì)的是多個(gè)線程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一把鎖的場(chǎng)景。在現(xiàn)實(shí)中，多個(gè)線程可能在不同時(shí)間段持有同一把鎖。為了應(yīng)對(duì)這種沒有鎖競(jìng)爭(zhēng)的情況，JVM 采用了輕量級(jí)鎖機(jī)制。在加鎖時(shí)，JVM 將在鎖對(duì)象處做標(biāo)記，指向當(dāng)前線程的棧上；在解鎖時(shí)，上述標(biāo)記會(huì)被清除。如果某線程在請(qǐng)求鎖時(shí)，發(fā)現(xiàn)該鎖為輕量級(jí)鎖，并且指向另一線程所對(duì)應(yīng)的棧，那么它會(huì)將該鎖膨脹為重量級(jí)鎖。

偏向鎖所應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景則更為樂觀：至始至終只有一個(gè)線程請(qǐng)求某把鎖。JVM 采取的做法是在第一次加鎖時(shí)為鎖對(duì)象做標(biāo)記，使其指向當(dāng)前線程的地址；在解鎖時(shí)則不做任何操作。如果下一次請(qǐng)求該鎖的仍是同一線程，便直接跳過標(biāo)記過程；否則，JVM 會(huì)將該鎖膨脹為輕量級(jí)鎖。

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