Java 虚拟机面试二

垃圾收集

【困难】如何判断 Java 对象是否可以被回收？

判断 Java 对象是否可以被回收有两种方法：

• 引用计数法
• 可达性分析法

引用计数法

引用计数算法（Reference Counting）的原理是：在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。

引用计数算法简单高效，但是存在循环引用问题——两个对象出现循环引用的情况下，此时引用计数器永远不为 0，导致无法对它们进行回收。

《极客时间教程 - 深入拆解 Java 虚拟机》笔记

开篇词 为什么我们要学习 Java 虚拟机？

Java 代码是怎么运行的？

从虚拟机视角来看，执行 Java 代码首先需要将它编译而成的 class 文件加载到 Java 虚拟机中。加载后的 Java 类会被存放于方法区（Method Area）中。实际运行时，虚拟机会执行方法区内的代码。

《极客时间教程 - 深入浅出 Java 虚拟机》笔记

开篇词：JVM，一块难啃的骨头

略

一探究竟：为什么需要 JVM？它处在什么位置？

JVM - Java Virtual Machine 的缩写，即 Java 虚拟机。JVM 是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 不理解 Java 源代码，这就是为什么要将 *.java 文件编译为 JVM 可理解的 *.class 文件（字节码）。Java 有一句著名的口号：“Write Once, Run Anywhere（一次编写，随处运行）”，JVM 正是其核心所在。实际上，JVM 针对不同的系统（Windows、Linux、MacOS）有不同的实现，目的在于用相同的字节码执行同样的结果。

Java 虚拟机面试一

JVM 简介

【中等】JVM 由哪些部分组成？

类加载→内存分配→执行引擎运行→GC 回收内存，通过 JNI 与外部交互。

JVM（Java 虚拟机）主要由以下核心部分组成：

• 类加载子系统：负责加载、验证、准备、解析和初始化类文件（.class）。
• 运行时数据区：
  • 方法区：存储类元数据、常量池等。
  • 堆：存放对象实例（主 GC 区域）。
  • 虚拟机栈：存储方法调用的栈帧（局部变量、操作数栈等）。
  • 本地方法栈：为 Native 方法服务。
  • 程序计数器：记录当前线程执行的字节码位置。
• 执行引擎：解释或编译字节码为机器码执行（含 JIT 编译器）。
  • 解释器（Interpreter）：逐行解释执行字节码（启动快，执行慢）。
  • 即时编译器（JIT Compiler）：将热点代码（频繁执行的代码）编译为本地机器码（如 HotSpot 的 C1、C2 编译器）。
  • 垃圾回收器（GC）：自动回收堆中无用的对象（如 Serial、Parallel、G1、ZGC 等算法）。
• 本地方法接口（JNI）：调用 C/C++实现的 Native 方法。
• 本地方法库（Native Libraries）：由其他语言（如 C/C++）编写的库，供 JNI 调用（如文件操作、网络通信等底层功能）。

Java 虚拟机简介

JVM 能跨平台工作，主要是由于 JVM 屏蔽了与各个计算机平台相关的软件、硬件之间的差异。

JVM 简介

计算机体系结构

真实的计算机体系结构的核心部分包含：

• 指令集
• 计算单元（CPU）
• 寻址方式
• 寄存器
• 存储单元

JVM 体系结构简介

JVM 体系结构与计算机体系结构相似，它的核心部分包含：

Java 虚拟机之工具

JVM 命令行工具

Java 程序员免不了故障排查工作，所以经常需要使用一些 JVM 工具。

JDK 自带了一些实用的命令行工具来监控、分析 JVM 信息，掌握它们，非常有助于 TroubleShooting。

以下是较常用的 JDK 命令行工具：

名称	描述
jps	虚拟机进程状况工具。显示系统内的所有 JVM 进程。
jstat	JVM 统计监控工具。监控虚拟机运行时状态信息，它可以显示出 JVM 进程中的类装载、内存、GC、JIT 编译等运行数据。
jmap	JVM 堆内存分析工具。用于打印 JVM 进程对象直方图、类加载统计。并且可以生成堆转储快照（一般称为 heapdump 或 dump 文件）。
jstack	JVM 栈查看工具。用于打印 JVM 进程的线程和锁的情况。并且可以生成线程快照（一般称为 threaddump 或 javacore 文件）。
jhat	用来分析 jmap 生成的 dump 文件。
jinfo	JVM 信息查看工具。用于实时查看和调整 JVM 进程参数。
jcmd	JVM 命令行调试 工具。用于向 JVM 进程发送调试命令。

Java_虚拟机_故障处理

故障定位思路

Java 应用出现线上故障，如何进行诊断？

我们在定位线上问题时要有一个整体的思路，顺藤摸瓜，才能较快的找到问题原因。

一般来说，服务器故障诊断的整体思路如下：

Java 虚拟机之内存区域

运行时数据区域

JVM 在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。如下图所示：

Java 虚拟机之类加载

类加载机制

类是在运行期间动态加载的。

类的加载指的是将类的 .class 文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向 Java 程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

Java 虚拟机之垃圾收集

程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这三个区域属于线程私有的，只存在于线程的生命周期内，线程结束之后也会消失，因此不需要对这三个区域进行垃圾回收。垃圾回收主要是针对 Java 堆和方法区进行。

对象是否回收

引用计数算法

引用计数算法（Reference Counting）的原理是：在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方 引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。