看了這10道JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)的面試題才知道自己對(duì)這個(gè)原來是不了解

前言:

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機(jī)）的縮寫，JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)，是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的。引入Java語言虛擬機(jī)后，Java語言在不同平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。

下面，大家可以嘗試著回答一下以下問題：

1、JVM管理的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎樣的？

2、不同的虛擬機(jī)在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)內(nèi)存的時(shí)候有什么區(qū)別？

3、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中哪些區(qū)域是線程共享的？哪些是獨(dú)享的？

4、除了JVM運(yùn)行時(shí)內(nèi)存以外，還有什么區(qū)域可以用嗎？

5、堆和棧的區(qū)別是什么？

6、Java中的數(shù)組是存儲(chǔ)在堆上還是棧上的？

7、Java中的對(duì)象創(chuàng)建有多少種方式？

8、Java中對(duì)象創(chuàng)建的過程是怎么樣的？

9、Java中的對(duì)象一定在堆上分配內(nèi)存嗎？

10、如何獲取堆和棧的dump文件？

以上10道題，如果您可以全部準(zhǔn)確無誤的回答的話，那說明你真的很了解JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)以及內(nèi)存分配相關(guān)的知識(shí)了，如果有哪些知識(shí)點(diǎn)是不了解的，那么本文正好可以幫你答疑解惑。

1：JVM管理的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎樣的？

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會(huì)把他所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域?！禞ava虛擬機(jī)規(guī)范》中規(guī)定了JVM所管理的內(nèi)存需要包括一下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)區(qū)域：

Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域主要包含了PC寄存器（程序計(jì)數(shù)器）、Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)以及運(yùn)行時(shí)常量池。

各個(gè)區(qū)域有各自不同的作用，關(guān)于各個(gè)區(qū)域的作用就不在本文中相信介紹了。

但是，需要注意的是，上面的區(qū)域劃分只是邏輯區(qū)域，規(guī)范對(duì)于有些區(qū)域的限制是比較松的，所以不同的虛擬機(jī)廠商在實(shí)現(xiàn)上，甚至是同一款虛擬機(jī)的不同版本也是不盡相同的。

2：不同的虛擬機(jī)在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)內(nèi)存的時(shí)候有什么區(qū)別？

前面提到過《Java虛擬機(jī)規(guī)范》定義的JVM運(yùn)行時(shí)所需的內(nèi)存區(qū)域，不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)上有所不同，而在這么多區(qū)域中，規(guī)范對(duì)于方法區(qū)的管理是最寬松的，規(guī)范中關(guān)于這部分的描述如下：

方法區(qū)在虛擬機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候創(chuàng)建，雖然方法區(qū)是堆的邏輯組成部分，但是簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可以選擇在這個(gè)區(qū)域不實(shí)現(xiàn)垃圾收集與壓縮。本版本的規(guī)范也不限定實(shí)現(xiàn)方法區(qū)的內(nèi)存位置和代碼編譯的管理策略。方法區(qū)的容量可以是固定的，也可以隨著程序執(zhí)行的需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，并在不需要過多的空間時(shí)自行收縮。方法區(qū)在實(shí)際內(nèi)存空間站可以是不連續(xù)的。

這一規(guī)定，可以說是給了虛擬機(jī)廠商很大的自由。

虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)方法區(qū)實(shí)現(xiàn)的位置并沒有明確要求，在最著名的HotSopt虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)中（在Java 8 之前），方法區(qū)僅是邏輯上的獨(dú)立區(qū)域，在物理上并沒有獨(dú)立于堆而存在，而是位于永久代中。所以，這時(shí)候方法區(qū)也是可以被垃圾回收的。

實(shí)踐證明，JVM中存在著大量的聲明短暫的對(duì)象，還有一些生命周期比較長(zhǎng)的對(duì)象。為了對(duì)他們采用不同的收集策略，采用了分代收集算法，所以HotSpot虛擬機(jī)把的根據(jù)對(duì)象的年齡不同，把堆分位新生代、老年代和永久代。

在Java 8中 ，HotSpot虛擬機(jī)移除了永久代，使用本地內(nèi)存來存儲(chǔ)類元數(shù)據(jù)信息并稱之為：元空間（Metaspace）

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3：運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中哪些區(qū)域是線程共享的？哪些是獨(dú)享的？

在JVM運(yùn)行時(shí)內(nèi)存區(qū)域中，PC寄存器、虛擬機(jī)棧和本地方法棧是線程獨(dú)享的。

而Java堆、方法區(qū)是線程共享的。但是值得注意的是，Java堆其實(shí)還未每一個(gè)線程單獨(dú)分配了一塊TLAB空間，這部分空間在分配時(shí)是線程獨(dú)享的，在使用時(shí)是線程共享的。

4：除了JVM運(yùn)行時(shí)內(nèi)存以外，還有什么區(qū)域可以用嗎？

除了我們前面介紹的虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)以外，還有一部分內(nèi)存也被頻繁使用，他不是運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，他就是——直接內(nèi)存。

直接內(nèi)存的分配不受Java堆大小的限制，但是他還是會(huì)收到服務(wù)器總內(nèi)存的影響。

在JDK 1.4中引入的NIO中，引入了一種基于Channel和Buffer的I/O方式，他可以使用Native函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的應(yīng)用進(jìn)行操作。

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5：堆和棧的區(qū)別是什么？

堆和棧（虛擬機(jī)棧）是完全不同的兩塊內(nèi)存區(qū)域，一個(gè)是線程獨(dú)享的，一個(gè)是線程共享的，二者之間最大的區(qū)別就是存儲(chǔ)的內(nèi)容不同：

堆中主要存放對(duì)象實(shí)例。

棧（局部變量表）中主要存放各種基本數(shù)據(jù)類型、對(duì)象的引用。

6：Java中的數(shù)組是存儲(chǔ)在堆上還是棧上的？

在Java中，數(shù)組同樣是一個(gè)對(duì)象，所以對(duì)象在內(nèi)存中如何存放同樣適用于數(shù)組；

所以，數(shù)組的實(shí)例是保存在堆中，而數(shù)組的引用是保存在棧上的。

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Q7：Java中的對(duì)象創(chuàng)建有多少種方式？

Java中共有5種方式可以創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。

最簡(jiǎn)單的方式就是使用new關(guān)鍵字。

User user = new User();

除此以外，還可以使用反射機(jī)制創(chuàng)建對(duì)象：

User user = User.class.newInstance();

或者使用Constructor類的newInstance：

Constructorconstructor=User.class.getConstructor();User user =constructor.newInstance();

除此之外還可以使用clone方法和反序列化的方式，這兩種方式不常用并且代碼比較復(fù)雜，就不在這里展示了，感興趣的可以自行了解下。

8：Java中對(duì)象創(chuàng)建的過程是怎么樣的？

對(duì)于一個(gè)普通的Java對(duì)象的創(chuàng)建，大致過程如下：

1、虛擬機(jī)遇到new指令，到常量池定位到這個(gè)類的符號(hào)引用。

2、檢查符號(hào)引用代表的類是否被加載、解析、初始化過。

3、虛擬機(jī)為對(duì)象分配內(nèi)存。

4、虛擬機(jī)將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值。

5、虛擬機(jī)對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置。

6、執(zhí)行方法，成員變量進(jìn)行初始化。

9：Java中的對(duì)象一定在堆上分配內(nèi)存嗎？

前面我們說過，Java堆中主要保存了對(duì)象實(shí)例，但是，隨著JIT編譯期的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)逐漸成熟，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致一些微妙的變化，所有的對(duì)象都分配到堆上也漸漸變得不那么“絕對(duì)”了。

其實(shí)，在編譯期間，JIT會(huì)對(duì)代碼做很多優(yōu)化。其中有一部分優(yōu)化的目的就是減少內(nèi)存堆分配壓力，其中一種重要的技術(shù)叫做逃逸分析。

如果JIT經(jīng)過逃逸分析，發(fā)現(xiàn)有些對(duì)象沒有逃逸出方法，那么有可能堆內(nèi)存分配會(huì)被優(yōu)化成棧內(nèi)存分配。

10：怎么如何獲取堆和棧的dump文件？

Java Dump，Java虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)快照。將Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)和信息保存到文件。

可以使用在服務(wù)器上使用jmap命令來獲取堆dump，使用jstack命令來獲取線程的調(diào)用棧dump。

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