【001 Java语言和JVM虚拟机】

Java语言是一种先编译后解释的语言。JVM是在操作系统之上的虚拟处理器，工作流程主要包括加载class文件、管理并分配内存、执行垃圾收集。

【002 JVM类加载器的执行流程】

装载流程包括加载、链接和初始化，其中类加载器只负责加载流程。

加载：取得class文件的二进制流，并在堆空间创建class对象的引用。

链接：将二进制流合并到JVM虚拟机中，通过文件验证、准备（例如为static和final域设置初始化信息）、解析（例如将符号引用直接替换为地址引用），实现与平台相关。

初始化：执行类构造器的过程，如果没有通过new可以不执行。

【003 JVM类加载器的分类】

从上到下可以分为四类：BootStrap ClassLoader、External ClassLoad、App ClassLoad和Custom ClassLoad。BootStrap ClassLoader是类加载器的顶级，主要负责对rt.jar进行加载，加载的都是JVM运行的核心类库文件，如IO、Lang、JDBC；External ClassLoader主要是对jdk的其他扩展类库进行加载，如Resource、Swing、Security；App ClassLoader主要是对开发者提供的类进行加载，是最常见的加载器；Custom ClassLoader是要自定义的加载器，重新实现类的加载方法，如Tomcat就定义了加载器以改变加载双亲规则。

【004 JVM类加载模式】

JVM默认的加载模式是双亲加载，加载class文件时会从底层加载器开始检查，是否已用该类型加载器加载了class文件，如果已经加载，则返回已加载的类引用，如果没有加载，则会把加载权限交给上一级的加载器。如果在BootStrap ClassLoader中也没有找到加载的类，则尝试从顶层加载器开始加载该类，如加载不了，则交给下一级加载器进行加载。

双亲模式加载的好处是，避免了底层加载器修改上层加载器的加载规则，比较安全。

双亲模式加载的缺点是，子类加载器可以通过成员parent看到父类，而父类加载器看不到子类加载器的信息，如果存在例如JDBC这样的接口定义在jt.jar父类加载器，而具体实现类在App ClassLoader的情况，就会加载异常。需要通过在上下文中传入子类加载器来解决。

【005 Tomcat类加载模式】

Tomcat打破了双亲加载这一模式，自定义的WebAppClassLoader可以直接加载应用类，而不会先交给父类加载器。这样做的原因是因为一个JVM虚拟机里可以存在多个Web应用，双亲加载的模式会导致父类加载的类库会被多个应用共享，做不到应用隔离。同时，Tomcat的类加载器还提供了热部署的功能，不用重启就可以重新加载类库。

【006 自定义类加载器】

首先，要自定义一个继承了ClassLoader抽象类的子类，并为其指定父类加载器；其次，需要重写findClassLoader方法指定在何处获取已加载的类库和loadClass方法指定如何加载类库；最后，还需要通过应用程序显示制定类加载器（从这点上看，用new方法无法使用自定义的类加载器）。

【007 JVM的内存结构】

JVM内存可以分为方法区、栈区、堆区和本地方法区，此外还有寄存器和直接内存区域。其中，栈区和寄存器是归属于线程的，每个线程都有一份独立的空间；而其他空间是归属于进程的，所有线程共享。本地方法区可以直接调用内存。

【008 栈的内存分配】

栈区可以分为操作栈、局部变量栈等，用于保存线程运行的局部数据。另外，JVM还存在一种栈上分配的技术，如果启用DoEscapeAnalysis，那么被线程独享的小对象，如byte数组，可以被分配到栈空间，避免垃圾回收的消耗。

【008扩展如何使一个程序的函数调用尽可能深？】

一是扩大栈的内容空间，通过-Xss设置；二是减少一次调用使用的栈空间，方法包括减少局部变量的空间，少用long、double，减少参数个数，此外还可以关闭JVM栈上分配。

【009 堆的内存分配】

堆空间可以分为新生代、老年代和永久区。新生代通常占整个堆空间的3/8，可以分为edon、from和to三个子区域，比例分别为8:1:1，新创建的对象通常情况下会被分配到edon区域，在第一次垃圾回收后会被转移到其他区域。老年代存放的是存活时间较长的对象，或是对象的空间较大，在初始化创建或第一次垃圾回收时，就被直接放入。永久区严格意义上说，是方法区的实现，在JDK1.7后被移入堆内存，在JDK1.8后被移入元区。

【010 JVM内存异常】

内存异常，常见的两个错误是OutofMemoryException和StackOverFlowException。前一个异常在内存的所有区域都可能抛出，原因是空间内存不足或者空间泄漏。后一个异常出现在栈区，由于调用的深度超出限制，在实际的操作中，由于栈空间的大小和递归深度正相关，通常栈区更容易出现StackOverFlowException。

【011 JVM内存参数】

① 堆的分配参数：-Xmx和-Xms，最大堆空间和最小堆空间，一般设置为一样大小，否则在运行过程中JVM需要动态调整堆空间大小；-Xmn，新生代大小；-XX:NewRatio：设置新生代的比例；-XX:SurvivoRatio：设置edon:from的比例；-XX:OnOutOfMemoryError：内存溢出时可以指定脚本报错或重启JVM。

② 栈的内存分配：-Xss，通常根据内存的大小分配在几百K到1M之间。

③ 永久区分配：-XX:PermSize，-XX:MaxPErmSize，永久区的最小和最大空间。

【012 JVM内存模型】

JVM的共享内存，在被线程使用时，通常会拷贝一个副本放入线程工作区域，做到数据的互相隔离，当然这也会造成多个线程共享的数据不同步问题。对于Volatile变量，规定线程每次读取时必须从主内存中加载，而修改后必须同步到主内存中，保证数据的同步，但是加载(read,load)和更新(store,write)操作都不是原子性的操作，会造成线程不安全。对于Synchronized变量，是通过锁机制，保证数据在同一时间内只能被获得锁的线程访问，从而保证线程安全，但只有释放锁后才会把数据写回到主内存。对于final变量，虽然和普通变量一样使用，但由于其是不可修改的，因此也不存在同步问题。

【013 垃圾回收器算法】

GC是JVM的后台线程，只有在系统空闲并且内存区域不足时才会执行。

① 引用计数法，循环引用问题，Python

② 标记-清理算法，标记从root可达的所有对象，清除不可达对象，会造成零碎空间问题

③ 标记-压缩算法，标记从root可达的所有对象，移动到连续内存，然后清除其他所有空间

④ 复制算法，两个一样的内存块空间，把其中一块的可达对象移动到另一块连续存储，然后清除前一块的空间

【014扩展什么是root可达？】

从栈空间/方法区的Static成员/常量池/Native方法栈存在对象引用链，可以访问到对象。

【015 堆区采用的GC算法】

① 新生代的edon区域采用标记-清理算法，80%的新生代对象在第一次GC时就会被清理，标记-清理算法是最快的；

② 新生代的from和to区域采用复制算法，超过年龄限制的对象会被清理到老年代；

③ 老年代的GC并不是太频繁，采用标记-压缩算法，尽量避免零碎区域FULL GC。

【016 GC收集器实例】

① 串行回收器，暂停所有用户线程，新生代复制，老年代标记-压缩，适用于单CPU的应用；

② 并行回收器ParNew，暂停所有用户线程，新生代回收器，并行复制，适用于多核应用；

③ 并行回收器Parallel，暂停所有用户线程，新生代并行复制，老年代并行标记-压缩，可分开使用，更注重吞吐量；

④ 并发回收器CMS，是目前JVM虚拟机默认的GC算法，目标是最短时间回收，允许用户线程与回收线程并发执行，采用标记-清理算法，常用于老年代；CMS的回收分为初始标记、并发标记、重新标记、并发清理和并发重置，其中初始标记和重新标记是不允许并发的，并发重置是对产生的零碎空间进行压缩，但不是每次都要执行；

⑤ G1回收器，是JDK1.7之后提出的回收算法，把堆划分成若干个大小一致的区域，打破了新生代、老年代的物理隔离；标记算法同CMS，但是回收时会优先选择要回收区域最大的空间进行回收，保证可用的连续空间最大化。

【016扩展1 finalize和System.GC】

① Finalize是Object类的方法，会在第一次调用GC时被触发，对类进行清理，但也可以重写该方法复活对象，创建新的引用指向自身this；另外不推荐在该方法中进行资源的释放，因为该方法执行的时间不可控。

② System.GC是系统方法，可以通过显示调用通知JVM虚拟机需要进行垃圾回收，但并不能保证虚拟机的立即执行。

【016扩展2 STOP-THE-WORLD】

STOP-THE-WORLD是指从执行效果看，JVM虚拟机出现全局暂停的问题，GC是导致该现象的一个原因。这一现象对系统运行存在危害，例如主从备份的机器，主机发现系统暂停，会主动切换到备机执行，此时主机恢复运行，会出现不同步问题。

【016扩展3 JDK1.8的分代变化】

最大的变化是将永久区移到了元空间，其垃圾回收算法采用标记-压缩。该变化的原因是为了更好的控制类加载器和class对象的内存空间，因为永久区很少会执行GC，导致不用的类加载器和class对象不能被及时删除。

【017 JVM指令重排】

指令重排是指编译器或运行时环境，会根据指令的执行情况，优化各指令的执行顺序。指令重排对于一个线程的执行顺序没有影响，但是多个不同线程的执行中，会造成执行顺序变化，得到不同的执行结果。因此在指令执行过程中，需要通过各种锁机制保证执行顺序。

【018 JVM锁机制】

JVM锁与Java语言中的Lock和Synchronized对应的层次不同，是虚拟机执行的真正机制。JVM的锁机制更适用于竞争不频繁的场景，避免真正加锁，如果竞争激励，建议关闭JVM锁优化。

① 偏向锁，首次使用的线程会占有该锁，同一线程再次访问不受限制，如果其他线程需要访问，则偏向结束，需要进行Lock竞争；

② 轻量级锁，如果对象没有被锁定，则可以使用，如果存在竞争，则需要进行Lock竞争；

③ 自旋锁，如果需要的对象被锁定，可以执行一段空语句，再看是否还被占用；

④ 无锁CAS，check and swap，每次执行都检查对象是否被修改，被修改则进行修正。

【019 Java语法糖】

① 泛型与类型擦除：List经过编译后的实际类型为List，因此如果要真正限制集合类型，可以使用List，泛型擦除后的结果为List；

② 自动装箱和拆箱：包装类型Integer和基本类型int之间的互相比较，会默认转为int类型；Integer与Integer类型的==比较，[-128,127]区间范围内编译器会认为是int类型比较，否则就是对象地址比较；

③ foreach的遍历循环，编译时需要转化为下标方式，因此执行效率较低。