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JVM面试知识点解析(二)JVM 内存管理

极客题库 Geekerstar 来源:博客园 11个月前 (05-23) 368次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
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1)JVM 内存划分:

答:

  • 方法区(线程共享):各个线程共享的一个区域,用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却又一个别名叫做 Non-Heap(非堆),目的应该是与 Java 堆区分开来。
  • 运行时常量池:是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。
  • 堆内存(线程共享):所有线程共享的一块区域,垃圾收集器管理的主要区域。目前主要的垃圾回收算法都是分代收集算法,所以 Java 堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等,默认情况下新生代按照8:1:1的比例来分配。根据 Java 虚拟机规范的规定,Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘一样。
  • 程序计数器: Java 线程私有,类似于操作系统里的 PC 计数器,它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。如果线程正在执行的是一个 Java 方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是 Native 方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
  • 虚拟机栈(栈内存):Java线程私有,虚拟机展描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的时候,都会创建一个栈帧用于存储局部变量、操作数、动态链接、方法出口等信息;每个方法调用都意味着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程;
  • 本地方法栈 :和Java虚拟机栈的作用类似,区别是该区域为 JVM 提供使用 native 方法的服务

2)对象分配规则?

答:

  • 对象优先分配在Eden区,如果Eden区没有足够的空间时,虚拟机执行一次Minor GC。
  • 大对象直接进入老年代(大对象是指需要大量连续内存空间的对象)。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝(新生代采用复制算法收集内存)。
  • 长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器,如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区,之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1,知道达到阀值对象进入老年区。
  • 动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。
  • 空间分配担保。每次进行Minor GC时,JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小,如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC,如果小于检查HandlePromotionFailure设置,如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

3)Java 的内存模型:

Java 虚拟机规范中试图定义一种 Java 内存模型(Java Memory Model, JMM)来屏蔽掉各层硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让 Java 程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

Java 内存模型规定了所有的变量都存储在主内存(Main Memory)中。每条线程还有自己的工作内存(Working Memory),线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在主内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间的变量值的传递均需要通过主内存来完成,线程、主内存、工作内存三者的关系如上图。

面试官:两个线程之间是如何通信的呢?

答:在共享内存的并发模型里,线程之间共享程序的公共状态,线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信,典型的共享内存通信方式就是通过共享对象进行通信。

例如上图线程 A 与 线程 B 之间如果要通信的话,那么就必须经历下面两个步骤:

  • 1.首先,线程 A 把本地内存 A 更新过得共享变量刷新到主内存中去
  • 2.然后,线程 B 到主内存中去读取线程 A 之前更新过的共享变量

在消息传递的并发模型里,线程之间没有公共状态,线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信,在 Java 中典型的消息传递方式就是 wait() 和 notify()。

4)内存屏障?

解析:在这之前应该对重排序的问题有所了解,这里我找到一篇很好的文章分享一下:Java内存访问重排序的研究:https://tech.meituan.com/java-memory-reordering.html

答:内存屏障,又称内存栅栏,是一组处理器指令,用于实现对内存操作的顺序限制。

面试官:内存屏障为何重要?

答:对主存的一次访问一般花费硬件的数百次时钟周期。处理器通过缓存(caching)能够从数量级上降低内存延迟的成本这些缓存为了性能重新排列待定内存操 作的顺序。也就是说,程序的读写操作不一定会按照它要求处理器的顺序执行。当数据是不可变的,同时/或者数据限制在线程范围内,这些优化是无害的。如果把 这些优化与对称多处理(symmetric multi-processing)和共享可变状态(shared mutable state)结合,那么就是一场噩梦。当基于共享可变状态的内存操作被重新排序时,程序可能行为不定。一个线程写入的数据可能被其他线程可见,原因是数据 写入的顺序不一致。适当的放置内存屏障通过强制处理器顺序执行待定的内存操作来避免这个问题。

5)类似-Xms、-Xmn这些参数的含义:

答:

堆内存分配:

  • JVM初始分配的内存由-Xms指定,默认是物理内存的1/64
  • JVM最大分配的内存由-Xmx指定,默认是物理内存的1/4
  • 默认空余堆内存小于40%时,JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制;空余堆内存大于70%时,JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。
  • 因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。

非堆内存分配:

  • JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值,默认是物理内存的1/64;
  • 由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小,默认是物理内存的1/4。
  • -Xmn2G:设置年轻代大小为2G。
  • -XX:SurvivorRatio,设置年轻代中Eden区与Survivor区的比值。

6)内存泄漏和内存溢出

答:

概念:

  • 内存溢出指的是内存不够用了。
  • 内存泄漏是指对象可达,但是没用了。即本该被GC回收的对象并没有被回收。
  • 内存泄露是导致内存溢出的原因之一;内存泄露积累起来将导致内存溢出。

内存泄漏的原因分析:

  • 长生命周期的对象引用短生命周期的对象
  • 没有将无用对象置为null
小结:本小节涉及到 JVM 虚拟机,包括对内存的管理等知识,相对较深。除了以上问题,面试官会继续问你一些比较深的问题,可能也是为了看看你的极限在哪里吧。比如:内存调优、内存管理,是否遇到过内存泄露的实际案例、是否真正关心过内存等。

7)简述一下 Java 中创建一个对象的过程?


解析:回答这个问题首先就要清楚类的生命周期

答:下图展示的是类的生命周期流向:

Java中对象的创建就是在堆上分配内存空间的过程,此处说的对象创建仅限于new关键字创建的普通Java对象,不包括数组对象的创建。

大致过程如下:

1.检测类是否被加载:

当虚拟机执行到new时,会先去常量池中查找这个类的符号引用。如果能找到符号引用,说明此类已经被加载到方法区(方法区存储虚拟机已经加载的类的信息),可以继续执行;如果找不到符号引用,就会使用类加载器执行类的加载过程,类加载完成后继续执行。

2.为对象分配内存:

类加载完成以后,虚拟机就开始为对象分配内存,此时所需内存的大小就已经确定了。只需要在堆上分配所需要的内存即可。

具体的分配内存有两种情况:第一种情况是内存空间绝对规整,第二种情况是内存空间是不连续的。

  • 对于内存绝对规整的情况相对简单一些,虚拟机只需要在被占用的内存和可用空间之间移动指针即可,这种方式被称为指针碰撞。
  • 对于内存不规整的情况稍微复杂一点,这时候虚拟机需要维护一个列表,来记录哪些内存是可用的。分配内存的时候需要找到一个可用的内存空间,然后在列表上记录下已被分配,这种方式成为空闲列表。

分配内存的时候也需要考虑线程安全问题,有两种解决方案:

  • 第一种是采用同步的办法,使用CAS来保证操作的原子性。
  • 另一种是每个线程分配内存都在自己的空间内进行,即是每个线程都在堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(TLAB),分配内存的时候再TLAB上分配,互不干扰。

3.为分配的内存空间初始化零值:

对象的内存分配完成后,还需要将对象的内存空间都初始化为零值,这样能保证对象即使没有赋初值,也可以直接使用。

4.对对象进行其他设置:

分配完内存空间,初始化零值之后,虚拟机还需要对对象进行其他必要的设置,设置的地方都在对象头中,包括这个对象所属的类,类的元数据信息,对象的hashcode,GC分代年龄等信息。

5.执行 init 方法:

执行完上面的步骤之后,在虚拟机里这个对象就算创建成功了,但是对于Java程序来说还需要执行init方法才算真正的创建完成,因为这个时候对象只是被初始化零值了,还没有真正的去根据程序中的代码分配初始值,调用了init方法之后,这个对象才真正能使用。

到此为止一个对象就产生了,这就是new关键字创建对象的过程。过程如下:

面试官:对象的内存布局是怎样的?

答:对象的内存布局包括三个部分:对象头,实例数据和对齐填充。

  • 对象头:对象头包括两部分信息,第一部分是存储对象自身的运行时数据,如哈希码,GC分代年龄,锁状态标志,线程持有的锁等等。第二部分是类型指针,即对象指向类元数据的指针。
  • 实例数据:就是数据啦
  • 对齐填充:不是必然的存在,就是为了对齐的嘛


面试官:对象是如何定位访问的?

答:对象的访问定位有两种:句柄定位和直接指针
句柄定位:Java 堆会画出一块内存来作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息

直接指针访问:java堆对象的不居中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,而reference中存储的直接就是对象地址

比较:使用直接指针就是速度快,使用句柄reference指向稳定的句柄,对象被移动改变的也只是句柄中实例数据的指针,而reference本身并不需要修改。


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