关于JVM中的几大面试题

一、介绍

本文介绍JVM中的几个面试题，十分有用

主要有几题

Java类的加载过程
双亲委派机制是什么
jvm内存模型

二、答疑

1）Java类的加载过程

简单来说，可以这样理解分类

类的加载
1. 获取二进制文件，将.class文件加载至JVM中
类的连接，验证，准备，解析合称连接
1. 分配空间
2. 静态属性赋值（赋初始值，而不是我们给予的值，如int是0，包装类为null）
类的初始化，（是初始化，不是实例化）
1. 静态属性赋值，这时候就是赋我们给予的值了

什么是符号引用，什么又是直接引用

可以这样进行理解，我们有一个A类和B类，A类中使用到了B类

在字节码中，会用一个符号代表这是B类，这就是符号引用

而在B类进行类加载后，JVM成功的加载了这个B类，使得堆内存中有对应的B.class的对象，同时方法区中有静态方法与属性。

这个时候，A类就会将之前的符号引用，改为直接引用，设置为上面堆内存的B.class对象，或者方法区中的静态方法与属性

类加载的时机

实例化类对象

调用类的静态方法

使用类的静态属性

2）双亲委派机制是什么

在了解双亲委派机制之前，我们先设想一个问题，就是如果我们用户自己写一个String这样一个的类，会出现什么样的情况？

这个问题说简单也简单，说复杂就比较复杂了，这个问题正好是由双亲委派机制来进行解决的。

在了解双亲委派机制之前，我们先得了解几个ClassLoader类加载器

类加载器	说明	加载类的范围
Bootstrap ClassLoader	启动类加载器，最顶层的类加载器，这个加载器，`Java`中不能获取，返回的是一个`null`	`<JAVA HOME>/lib`
Extension ClassLoader	扩展类加载器	`<JAVA HOME>/lib/ext`
Application ClassLoader	应用程序类加载器，也是我们最常用的类加载器	`classpath/java.class.path`
User ClassLoader	用户自定义的类加载器	任意来源的类

好的，当了解完上面的四种类加载器之后，我们将进行验证，看下面代码

package com.banmoon.parentsappoint;

public class ParentsAppointTest {

    public static void main(java.lang.String[] args) {
        System.out.println("java.lang.String：" + "abc".getClass().getClassLoader());
        System.out.println("com.banmoon.parentsappoint.String：" + String.class.getClassLoader());
    }

}

为什么，他们的类加载器是不同的呢。有人说了，是因为类加载器本身就是有不同的加载类职责范围。

那么当我们进行类加载的时候，程序怎么知道这个类要用什么类加载器。然而就是这段不同的类，确定使用不同类加载器的过程，就是我们将的双亲委派机制。

我们先看这段代码，正是双亲委派机制的代码，在ClassLoader.java中可以找到这段代码

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先，先检查类是否已经被加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // parent是父亲加载器，这里仅仅是逻辑层面上的，并不是指继承方面的父类
                if (parent != null) {
                    // 如果父亲加载器不为空，则先交给父亲加载器进行类加载
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 如果父亲加载器为空，那说明接下来是Bootstrap ClassLoader了，直接交给特殊的方法进行加载
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                // 如果上面的父亲类加载器没有加载成功，那就自己查找
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

这就是双亲委派机制，下面可以画一个图

可以看到，类加载的时候，永远都是Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）尝试去加载

当然，如果类不合适，将会向下进行委派加载

上面的这种行为可以这样概括，向上检查，向下委托加载

3）JVM内存模型

下面这个就是JVM的内存模型，有些细节没有完全画出来，后续会补上

需要讲一下，其中的这些是什么意思

堆内存：这个先简单概括一下，基本对象的创建都会存储在该内存区域
方法区：方法区是一个概念，然而不同的虚拟机会有不同的实现。在这里，我们只需要关注方法区究竟是干什么的即可。在方法区中，主要存储以下三个内容，
- 类签名：记录权限名，访问权限，版本号
- 属性：记录类属性，访问权限
- 方法：方法字节码记录
常量池：在上面讲到过符号引用改为直接引用，那些这一块常量池就是存储这一块东西的。可以理解为，他是由字节码中一个指针指向另一个字节码。比如说定义了一个String的属性，那么在类加载的连接阶段，常量池中会存储这么一个指针常量。
运行时常量池：这是再上面模型图中没有体现的，需要单独讲解。它里面主要存储两个内容。可以看到的是，运行时常量池是包括了常量池的。所以这一块知识点，不需要额外去记忆。
- 运行时产生的：如字符串，如上面的符号引用改为直接引用
- 编译期间产生的：主要是字节码中定义的静态信息，各个类的Class对象。还有就是开发者编写的静态变量。
堆：对象主要存储在堆内存中，这里也是垃圾回收GC的主战场。下面篇幅会提到
程序计数器：用来存储字节码的指令地址，提供给执行引擎去读取执行。简单的来说就是执行到哪一步了
虚拟机栈：换个名字叫Java方法栈，这样好理解一下。Java在调用方法时，会将字节码方法入栈，这个东西叫做栈帧。栈这种数据结构，就是先入后出。类似的，一个A方法压入栈，这个方法调用一个B方法，就会将B方法压入栈。结构展示A在最底下，B在上。在结束的时候，是B方法栈帧先结束，然后才是A方法的栈帧。符合先入后出原则。在栈帧结构内部，我们可以如下进行划分，分别是
- 局部变量表：
  1. 主要存储方法的参数、定义在方法内的局部变量，包括八大基本数据类型，对象的引用地址，返回值地址。
  2. 局部变量表中存储的基本单元为变量槽(Sot)，32位(4字节)以内的数据类型占一个slot，64位(long，double)的占两个slot。
  3. 局部变量表是一个数字数组，byte、short、char都会被转化为int，boolean类型也会被转化为int，0代表alse、非0代表true。
  4. 局部变量表的大小是在编译期间决定下来的，所以在运行时它的大小是不会变的。
  5. 局部变量表中含有直接或者间接指向的引用类型变量时，不会被垃圾回收处理。
- 操作数栈：除了上面的局部变量表，还有一个操作数栈。这个操作数栈是在方法执行的过程中，根据字节码的指令，将上面的变量入栈，再执行指令。如执行复制、交换、求和等操作
- 动态链接：每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态链接。
- 方法出口：存放调用该方法的计数器的值；有两种情况，一种是方法正常返回，另一种是方法出先异常的返回。存储在一个异常处理表，方便再发生异常的时候找到处理异常的代码。
本地方法栈：由于Java是由C++语言编写的，里面肯定会调用到C++，故本地方法栈就是存储的是调用C++方法时的变量存储。