1.JVM為什么可以跨平臺(tái)

JVM能跨計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（操作系統(tǒng)）來執(zhí)行Java字節(jié)碼（JVM字節(jié)碼指令集），屏蔽可與各個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)相關(guān)的軟件或者硬件之間的差異，使得與平臺(tái)相關(guān)的耦合統(tǒng)一由JVM提供者來實(shí)現(xiàn)。

指令集：計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的機(jī)器語言的命令集合。

每個(gè)運(yùn)行中的Java程序都是一個(gè)JVM實(shí)例岭参。

2.描述JVM體系結(jié)構(gòu)

(1)類加載器：JVM啟動(dòng)時(shí)或者類運(yùn)行時(shí)將需要的class加載到JVM中。每個(gè)被裝載的類的類型對(duì)應(yīng)一個(gè)Class實(shí)例尝艘，唯一表示該類演侯，存于堆中。

(2)執(zhí)行引擎：負(fù)責(zé)執(zhí)行JVM的字節(jié)碼指令（CPU）背亥。執(zhí)行引擎是JVM的核心部分蚌本，作用是解析字節(jié)碼指令，得到執(zhí)行結(jié)果（實(shí)現(xiàn)方式：直接執(zhí)行隘梨，JIT(just in time)即時(shí)編譯轉(zhuǎn)成本地代碼執(zhí)行，寄存器芯片模式執(zhí)行舷嗡，基于棧執(zhí)行）轴猎。本質(zhì)上就是一個(gè)個(gè)方法串起來的流程。每個(gè)Java線程就是一個(gè)執(zhí)行引擎的實(shí)例进萄，一個(gè)JVM實(shí)例中會(huì)有多個(gè)執(zhí)行引擎在工作捻脖，有的執(zhí)行用戶程序，有的執(zhí)行JVM內(nèi)部程序（GC）.

(3)內(nèi)存區(qū):模擬物理機(jī)的存儲(chǔ)中鼠、記錄和調(diào)度等功能模塊可婶，如寄存器或者PC指針記錄器。存儲(chǔ)執(zhí)行引擎執(zhí)行時(shí)所需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)援雇。

(4)本地方法接口：調(diào)用操作系統(tǒng)本地方法返回結(jié)果矛渴。

3.描述JVM工作機(jī)制

機(jī)器如何執(zhí)行代碼：源代碼-預(yù)處理器-編譯器-匯編程序-目標(biāo)代碼-鏈接器-可執(zhí)行程序。

Java編譯器將高級(jí)語言編譯成虛擬機(jī)目標(biāo)語言。

JVM執(zhí)行字節(jié)碼指令是基于棧的架構(gòu)具温，所有的操作數(shù)必須先入棧蚕涤，然后根據(jù)操作碼選擇從棧頂彈出若干元素進(jìn)行計(jì)算后將結(jié)果壓入棧中。

通過Java編譯器將源代碼編譯成虛擬機(jī)目標(biāo)語言铣猩，然后通過JVM執(zhí)行引擎執(zhí)行揖铜。

4.為何JVM字節(jié)碼指令選擇基于棧的結(jié)構(gòu)

JVM要設(shè)計(jì)成平臺(tái)無關(guān)性，很難設(shè)計(jì)統(tǒng)一的基于寄存器的指令达皿。

為了指令的緊湊性天吓，讓編譯后的class文件更加緊湊，提高字節(jié)碼在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸效率峦椰。

5.描述執(zhí)行引擎的架構(gòu)設(shè)計(jì)

創(chuàng)建新線程時(shí)龄寞，JVM會(huì)為這個(gè)線程創(chuàng)建一個(gè)棧，同時(shí)分配一個(gè)PC寄存器（指向第一行可執(zhí)行的代碼）们何。調(diào)用新方法時(shí)會(huì)在這個(gè)棧上創(chuàng)建新的棧幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)萄焦。執(zhí)行完成后方法對(duì)應(yīng)的棧幀將消失，PC寄存器被銷毀冤竹，局部變量區(qū)所有值被釋放拂封，被JVM回收。

6. 描述javac編譯器的基本結(jié)構(gòu)

Javac編譯器的作用是將符合Java語言規(guī)范的的源代碼轉(zhuǎn)換成JVM規(guī)范的Java字節(jié)碼鹦蠕。

(1)詞法分析器組件：找出規(guī)范化的Token流

(2)語法分析器組件：生成符合Java語言規(guī)范的抽象語法樹

(3)語義分析器組件：將復(fù)雜的語法轉(zhuǎn)化成最簡單的語法冒签，注解語法樹

(4)代碼生成器組件：將語法樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成字節(jié)碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

7.描述JVM編譯優(yōu)化

早期（編譯器）：

很少；編譯時(shí)钟病，為節(jié)省常量池空間萧恕，能確定的相同常量只用一個(gè)引用地址。

晚期（運(yùn)行期）：

方法內(nèi)聯(lián)：去除方法調(diào)用的成本肠阱；為其他優(yōu)化建立良好基礎(chǔ)票唆，便于在更大范圍采取連續(xù)優(yōu)化的手段。

冗余訪問消除：公共子表達(dá)式消除

復(fù)寫傳播：完全相等的變量可替代

無用代碼消除：清除永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行的代碼

? ? ? (1)公共子表達(dá)式消除（語言無關(guān)）：如果公共子表達(dá)式已經(jīng)計(jì)算過了屹徘，并且沒有變化走趋，那就沒有必要再次計(jì)算，可用結(jié)果替換噪伊。

? ? ? (2)數(shù)組邊界檢查消除（語言相關(guān)）：限定循環(huán)變量在取值范圍之間簿煌，可節(jié)省多次條件判斷。

? ? ? (3)方法內(nèi)聯(lián)（最重要）：去除方法調(diào)用的成本鉴吹；為其他優(yōu)化建立良好基礎(chǔ)姨伟，便于在更大范圍采取連續(xù)優(yōu)化的手段。

? ? ? (4)逃逸分析（最前沿）：分析對(duì)象的動(dòng)態(tài)作用域豆励；變量作為調(diào)用參數(shù)傳遞到其他方法中-方法逃逸夺荒；被外部線程訪問-線程逃逸。

棧上分配-減少垃圾系統(tǒng)收集壓力

同步消除-如果無法逃逸出線程，則可以消除同步

標(biāo)量替換-將變量恢復(fù)原始類型來訪問

小抄：final修飾的局部變量和參數(shù)般堆，在常量池中沒有符號(hào)引用在孝，沒有訪問標(biāo)識(shí)，對(duì)運(yùn)行期是沒有任何影響的淮摔，僅僅保證其編譯期間的不變性私沮。

8.ClassLoader（類加載器）有哪些

(1)Bootstrap ClassLoader(啟動(dòng)類加載器)：完全由JVM控制，加載JVM自身工作需要的類（JAVA_HOME/lib）

(2)Extension ClassLoader(擴(kuò)展類加載器)：屬于JVM自身一部分和橙，不是JVM自身實(shí)現(xiàn)的(JAVA_HOME/lib/ext)

(3)Appclication ClassLoader(應(yīng)用程序類加載器)：父類是Extension ClassLoader仔燕，加載Classpath（用戶類路徑）上的類庫

9.描述ClassLoader的作用（什么是類加載器）和加載過程

將Class文件加載到JVM中、審查每個(gè)類由誰加載（父優(yōu)先的等級(jí)加載機(jī)制）魔招、將Class字節(jié)碼重新解析成JVM統(tǒng)一要求的對(duì)象（Class對(duì)象）格式晰搀。

.class->findclass->Liking：Class規(guī)范驗(yàn)證、準(zhǔn)備办斑、解析->類屬性初始化賦值(static塊的執(zhí)行)->Class對(duì)象（這也就是為什么靜態(tài)塊只執(zhí)行一次）

10.描述JVM類加載機(jī)制

ClassLoader首先不會(huì)自己嘗試去加載類外恕，而是把這個(gè)請(qǐng)求委托給父類加載器完成，每一個(gè)層次都是乡翅。只有當(dāng)父加載器反饋無法完成請(qǐng)求時(shí)（在搜索范圍內(nèi)沒有找到所需的類）鳞疲，子加載器才會(huì)嘗試加載（等級(jí)加載機(jī)制、父優(yōu)先蠕蚜、雙親委派）尚洽。

好處：類隨著它的加載器一起具有一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系；保證同一個(gè)類只能被一個(gè)加載器加載靶累。

11.JVM加載class文件到內(nèi)存的兩種方式

(1)隱式加載：繼承或者引用的類不在內(nèi)存中

(2)顯式加載：代碼中通過調(diào)用ClassLoader加載

12.加載類錯(cuò)誤分析及其解決

(1)ClassNotFoundException：沒有找到對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼(.class)文件;檢查classpath下有無對(duì)應(yīng)文件

(2)NoClassDefFoundError：隱式加載時(shí)沒有找到腺毫，ClassNotFoundException引發(fā)NoClassDefFoundError；確保每個(gè)類引用的類都在classpath下

(3)UnsatisfiedLinkError：（未滿足鏈接錯(cuò)誤）刪除了JVM的某個(gè)lib文件或者解析native標(biāo)識(shí)的方法時(shí)找不到對(duì)應(yīng)的本地庫文件

(4)ClassCastException：強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤挣柬；容器類型最好顯示指明其所包含對(duì)象類型潮酒、先instanceof檢查是不是目標(biāo)類型，再類型轉(zhuǎn)換

(5)ExceptionInitializerError：給類的靜態(tài)屬性賦值時(shí)

13：Java應(yīng)不應(yīng)該動(dòng)態(tài)加載類（JVM能不能動(dòng)態(tài)加載類）

JVM中對(duì)象只有一份邪蛔，不能被替換急黎，對(duì)象的引用關(guān)系只有對(duì)象的創(chuàng)建者持有和使用，JVM不可干預(yù)對(duì)象的引用關(guān)系店溢，因?yàn)镴VM不知道對(duì)象是怎么被使用的，JVM不知道對(duì)象的運(yùn)行時(shí)類型委乌，只知道編譯時(shí)類型床牧。

但是可以不保存對(duì)象的狀態(tài)，對(duì)象創(chuàng)建和使用后就被釋放掉遭贸，下次修改后戈咳，對(duì)象就是新的了（JSP）。

14.Java中哪些組件需要使用內(nèi)存

(1)Java堆：存儲(chǔ)Java對(duì)象

(2)線程：Java運(yùn)行程序的實(shí)體

(3)類和類加載器：存儲(chǔ)在堆中，這部分區(qū)域叫永久代（PermGen區(qū)）

(4)NIO：基于通道和緩沖區(qū)來執(zhí)行I/O的新方式著蛙。

(5)JNI：本地代碼可以調(diào)用Java方法删铃，Java方法也可以調(diào)用本地代碼

15.描述JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)及內(nèi)存溢出。

JVM是按照運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來劃分內(nèi)存結(jié)構(gòu)的踏堡。

PC寄存器數(shù)據(jù)：嚴(yán)格來說是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)猎唁，保存當(dāng)前正在執(zhí)行的程序的內(nèi)存地址。為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置顷蟆，線程私有诫隅。不會(huì)內(nèi)存溢出。

(1)Java棧：方法執(zhí)行的內(nèi)存模型帐偎，存儲(chǔ)線程執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)逐纬。線程私有。

--OutOfMemoryError:JVM擴(kuò)展棧時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的空間削樊。一個(gè)不斷調(diào)用自身而不會(huì)終止的方法豁生。

--StackOverflowError:請(qǐng)求的棧深度大于JVM所允許的棧深度。創(chuàng)建足夠多的線程漫贞。

(2)堆：存儲(chǔ)對(duì)象甸箱，每一個(gè)存在堆中Java對(duì)象都是這個(gè)對(duì)象的類的副本，復(fù)制包括繼承自他父類的所有非靜態(tài)屬性绕辖。線程共享摇肌。

--OutOfMemoryError:對(duì)象數(shù)量到達(dá)堆容量限制∫羌剩可通過不斷向ArrayList中添加對(duì)象實(shí)現(xiàn)围小。

(3)方法區(qū)：存儲(chǔ)類結(jié)構(gòu)信息。包括常量池（編譯期生產(chǎn)的各種字面量和符號(hào)引用）和運(yùn)行時(shí)常量池树碱。線程共享肯适。

--OutOfMemoryError:同運(yùn)行時(shí)常量池。

(4)本地方法棧：與Java棧類似成榜，為JVM運(yùn)行Native方法準(zhǔn)備的空間框舔。線程私有。（C棧）OutOfMemoryError和StackOverflowError同JVM棧赎婚。

(5)運(yùn)行時(shí)常量池：代表運(yùn)行時(shí)每個(gè)class文件中的常量表刘绣。運(yùn)行期間產(chǎn)生的新的常量放入運(yùn)行時(shí)常量池。

--OutOfMemoryError:不斷向List中添加字符串挣输，然后String.inern()纬凤，PermGen Space(運(yùn)行時(shí)常量池屬于方法區(qū))。

(6)本地直接內(nèi)存：即NIO撩嚼。

--OutOfMemoryError:通過直接向操作系統(tǒng)申請(qǐng)分配內(nèi)存停士。

16.描述JVM內(nèi)存分配策略

（1）對(duì)象優(yōu)先分配在Eden

（2）大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

（3）長期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代

（4）幸存區(qū)相同年齡對(duì)象的占幸存區(qū)空間的多于其一半挖帘，將進(jìn)入老年代

（5）空間擔(dān)保分配（老年代剩余空間需多于幸存區(qū)的一半，否則要Full GC）

17.描述JVM如何檢測(cè)垃圾

通過可達(dá)性分析算法恋技，通過一些列稱為GC Roots的對(duì)象作為起始點(diǎn)拇舀，從這些起始點(diǎn)向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈蜻底，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相連（GC Roots到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)）骄崩，則證明這個(gè)對(duì)象是不可用的。

使用可達(dá)性分析算法而不是引用計(jì)數(shù)算法朱躺。因?yàn)橐糜?jì)數(shù)算法很難解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問題刁赖。

18.哪些元素可作為GC Roots

（1）JVM棧（棧幀中的本地變量表）中的引用

（2）方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用

（3）方法區(qū)中常量引用

（4）本地方法棧中JNI(一般的Native方法)引用

19.描述分代垃圾收集算法的思路：

把對(duì)象按照壽命長短來分組，分為年輕代和老年代长搀，新創(chuàng)建的在老年代宇弛，經(jīng)歷幾次回收后仍然存活的對(duì)象進(jìn)入老年代，老年代的垃圾頻率不像年輕代那樣頻繁源请，減少每次收集都去掃描所有對(duì)象的數(shù)量枪芒，提高垃圾回收效率。

20.描述基于分代的堆結(jié)構(gòu)及其比例谁尸。

(1)年輕代（Young區(qū)-1/4）:Eden+Survior（1/8舅踪，這個(gè)比例保證只有10%的空間被浪費(fèi)，保證每次回收都只有不多于10%的對(duì)象存活）=From+To良蛮，存放新創(chuàng)建的對(duì)象.

(2)老年代（Old區(qū) ）：存放幾次垃圾收集后存活的對(duì)象

(3)永久區(qū)（Perm區(qū)）：存放類的Class對(duì)象

21.描述垃圾收集算法

(1)標(biāo)記-清除算法：首先標(biāo)記處所要回收的對(duì)象抽碌，標(biāo)記完成后統(tǒng)一清除。缺點(diǎn)：標(biāo)記效率低决瞳，清除效率低货徙，回收結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片（沒有足夠連續(xù)空間分配內(nèi)存，提前觸發(fā)另一次垃圾回收）皮胡。適用于對(duì)象存活率高的老年代痴颊。

(2)復(fù)制算法(Survivor的from和to區(qū)，from和to會(huì)互換角色)：

將內(nèi)存容量劃分大小相等的兩塊屡贺，每次只使用其中一塊蠢棱。一塊用完，就將存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊甩栈，然后把使用過的一塊一次清除泻仙。不用考慮內(nèi)存碎片，每次只要移動(dòng)頂端指針量没，按順序分配內(nèi)存即可玉转，實(shí)現(xiàn)簡單運(yùn)行高效。適用于新生代允蜈。

缺點(diǎn)：內(nèi)存縮小為原來的一般冤吨，代價(jià)高。浪費(fèi)50%的空間饶套。

(3)標(biāo)記-整理算法：

標(biāo)記完成后漩蟆，將存活的對(duì)象移動(dòng)到一端，然后清除邊界以外的內(nèi)存妓蛮。適用于對(duì)象存活率高的老年代怠李。

22.描述新生代和老年代的回收策略

Eden區(qū)滿后觸發(fā)minor GC,將所有存活對(duì)象復(fù)制到一個(gè)Survivor區(qū)，另一Survivor區(qū)存活的對(duì)象也復(fù)制到這個(gè)Survivor區(qū)中蛤克，始終保證有一個(gè)Survivor是空的捺癞。

Toung區(qū)Survivor滿后觸發(fā)minor GC后仍然存活的對(duì)象存到Old區(qū)，如果Survivor區(qū)放不下Eden區(qū)的對(duì)象或者Survivor區(qū)對(duì)象足夠老了构挤，直接放入Old區(qū)髓介，如果Old區(qū)放不下則觸發(fā)Full GC。

Perm區(qū)滿將觸發(fā)Major GC筋现。

23.描述CMS垃圾收集器

CMS 收集器：Concurrent Mark Sweep 并發(fā)標(biāo)記-清除唐础。重視響應(yīng)速度，適用于互聯(lián)網(wǎng)和B/S系統(tǒng)的服務(wù)端上矾飞。初始標(biāo)記還是需要Stop the world 但是速度很快一膨。缺點(diǎn)：CPU資源敏感，無法浮動(dòng)處理垃圾洒沦，會(huì)有大量空間碎片產(chǎn)生豹绪。

24.Java應(yīng)不應(yīng)該動(dòng)態(tài)記載類

Java的優(yōu)勢(shì)正是基于共享對(duì)象的機(jī)制，達(dá)到信息的高度共享申眼，也就是通過保存并持有對(duì)象的狀態(tài)而省去類信息的重復(fù)創(chuàng)建和回收瞒津。對(duì)象一旦被創(chuàng)建，就可以被人持有和利用豺型。動(dòng)態(tài)加載理論上可以直接替換這個(gè)對(duì)象仲智，然后更新Java棧中所有對(duì)原對(duì)象的引用關(guān)系，但是仍然不可行姻氨，因?yàn)檫@違反了JVM的設(shè)計(jì)原則钓辆，對(duì)象的引用只有對(duì)象的創(chuàng)建者持有和使用，JVM并不可以干預(yù)對(duì)象的引用關(guān)系肴焊，因?yàn)镴VM并不知道對(duì)象是怎么辦使用的前联，JVM并不知道對(duì)象的運(yùn)行時(shí)類型而只知道編譯時(shí)類型。

假如一個(gè)對(duì)象的屬性結(jié)構(gòu)被修改娶眷，但在運(yùn)行時(shí)其他對(duì)象可能仍然引用該屬性似嗤。

但是可以采取不保存對(duì)象的狀態(tài)的解決辦法，對(duì)象被創(chuàng)建后使用后就被釋放掉届宠，下次修改后烁落，對(duì)象也就是新的了乘粒。JSP和其他解釋型語言都是如此。