?大家好，我是冰河~~

(相關(guān)資料圖)

最近不少小伙伴希望我能寫一些關(guān)于面試的知識，出一些相對來說有一點(diǎn)技術(shù)深度的面試知識點(diǎn)。

經(jīng)過幾天的思考，我決定先更新一些面試中經(jīng)常會被問及的一些知識點(diǎn)，以便能夠幫助小伙伴們系統(tǒng)的梳理面試中需要掌握的知識技能。

主要的方式是以面試的角度，深度聊聊面試中經(jīng)常被問及的各項知識點(diǎn)。

對于工作3年左右的Java程序員來說，在面試大廠的過程中，面試官可能不會太關(guān)注你做了多少個項目、你的CRUD水平如何。更多的是關(guān)注你對某項技術(shù)點(diǎn)的理解深度，所以說，工作3年左右的小伙伴一定要把自己的重心放到技術(shù)的深度上來。

今天，我們先一起聊聊關(guān)于JVM性能調(diào)優(yōu)的話題，本文的主要結(jié)構(gòu)如下所示。

常見面試題

關(guān)于JVM，一道常見的面試題就是：Java中創(chuàng)建的對象是存儲在JVM中的哪個區(qū)域的？

例如，這里，我們簡單的列舉一行代碼，如下所示。

User user = new User();

關(guān)于上面的代碼，不少小伙伴都知道，創(chuàng)建出來的User對象是放在JVM中的堆區(qū)域的，而User對象的引用是放在棧中的。但如果你只是了解到這種程度，那面試官就會認(rèn)為你了解的太淺顯了，可能就會達(dá)不到他們的要求。其實(shí)面試官想要了解你是否對JVM有一個更深入的認(rèn)識。

站在面試官的角度來看這個問題時，回答創(chuàng)建出來的User對象是放在JVM的堆區(qū)，也并沒有錯。但是JVM的堆內(nèi)存區(qū)域又會分為年輕代和老年代，而年輕代又會分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)。JVM堆空間的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。

而面試官更想了解的是你能不能說出來創(chuàng)建的對象具體是存放在JVM堆空間的哪個區(qū)域。

在JVM內(nèi)部，會將整個堆空間劃分成年輕代和老年代，年輕代默認(rèn)會占整個堆內(nèi)存空間的1/3，老年代默認(rèn)會占整個堆內(nèi)存空間的2/3。年輕代又會劃分為Eden區(qū)和兩個Survivor區(qū)，它們之間的默認(rèn)比例是Eden：Survivor1：Survivor2 = 8:1:1。

如果你能回答出新創(chuàng)建的User對象是存放在JVM堆空間中年輕代的Eden區(qū)，那面試官就會對你刮目相看了。當(dāng)然，這里沒有考慮JVM的逃逸分析情況，關(guān)于JVM的逃逸分析，大家可以參考《??逃逸分析??》一文。

JVM體系結(jié)構(gòu)

JVM主要由三個子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為：類加載器子系統(tǒng)、運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)（內(nèi)存結(jié)構(gòu)）和字節(jié)碼執(zhí)行引擎。

關(guān)于JVM的體系結(jié)構(gòu)全貌，我們先來看一張圖。

當(dāng)我們開發(fā)Java程序時，首先會編寫.java文件，之后，會將.java文件編譯成.class文件。

JVM中，會通過類裝載子系統(tǒng)將.class文件的內(nèi)容裝載到JVM的運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)，而JVM的運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)又會分為：方法區(qū)、堆、棧、本地方法棧和程序計數(shù)器幾個部分。

在裝載class文件的內(nèi)容時，會將class文件的內(nèi)容拆分為幾個部分，分別裝載到JVM運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的幾個部分。其中，值得注意的是：程序計數(shù)器的作用是：記錄程序執(zhí)行的下一條指令的地址。

方法區(qū)也叫作元空間，主要包含了：運(yùn)行時常量池、類型信息、字段信息、方法信息、類加載器的引用、對應(yīng)的Class實(shí)例的引用等信息。

在JVM中，程序的執(zhí)行是通過執(zhí)行引擎進(jìn)行的，執(zhí)行引擎會調(diào)用本地方法的接口來執(zhí)行本地方法庫，進(jìn)而完成整個程序邏輯的執(zhí)行。

我們常說的垃圾收集器是包含在執(zhí)行引擎中的，在程序的運(yùn)行過程中，執(zhí)行引擎會開啟垃圾收集器，并在后臺運(yùn)行，垃圾收集器會不斷監(jiān)控程序運(yùn)行過程中產(chǎn)生的內(nèi)存垃圾信息，并根據(jù)相應(yīng)的策略對垃圾信息進(jìn)行清理。

這里，大家需要注意的是：棧、本地方法棧和程序計數(shù)器是每個線程運(yùn)行時獨(dú)占的，而方法區(qū)和堆是所有線程共享的。所以，棧、本地方法棧和程序計數(shù)器不會涉及線程安全問題，而方法區(qū)和堆會涉及線程安全問題。

方法區(qū)（元空間）

很多小伙伴一看到方法區(qū)三個字，腦海中的第一印象可能是存儲方法的地方吧。

實(shí)則不然，方法區(qū)的另一個名字叫作元空間，相信不少小伙伴或多或少的聽說過元空間。這個區(qū)域是JDK1.8中劃分出來的。主要包含：運(yùn)行時常量池、類型信息、字段信息、方法信息、類加載器的引用、對應(yīng)的Class實(shí)例的引用等信息。方法區(qū)中的信息能夠被多個線程共享。

例如，在程序中聲明的常量、靜態(tài)變量和有關(guān)于類的信息等的引用，都會存放在方法區(qū)，而這些引用所指向的具體對象一般都會在堆中開辟單獨(dú)的空間進(jìn)行存儲，也可能會在直接內(nèi)存中進(jìn)行存儲。

堆

堆中主要存儲的是實(shí)際創(chuàng)建的對象，也就是會存儲通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對象，堆中的對象能夠被多個線程共享。堆中的數(shù)據(jù)不需要事先明確生存期，可以動態(tài)的分配內(nèi)存，不再使用的數(shù)據(jù)和對象由JVM中的GC機(jī)制自動回收。對JVM的性能調(diào)優(yōu)一般就是對堆內(nèi)存的調(diào)優(yōu)。

Java中基本類型的包裝類：Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Boolean、Character類型的數(shù)據(jù)是存儲在堆中的。

堆一般會被分成年輕代和老年代。而年輕代又會被進(jìn)一步分為1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)。在內(nèi)存分配上，如果保持默認(rèn)配置的話，年輕代和老年代的內(nèi)存大小比例為1 : 2，年輕代中的1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)的內(nèi)存大小比例為：8 : 1 : 1。

棧

棧一般又叫作線程?；蛱摂M機(jī)棧，一般存儲的是局部變量。在Java中，每個線程都會有一個單獨(dú)的棧區(qū)，每個棧中的元素都是私有的，不會被其他的棧所訪問。棧中的數(shù)據(jù)大小和生存期都是確定的，存取速度比較快。

在Java中，所有的基本數(shù)據(jù)類型（byte、short、int、long、float、double、boolean、char）和引用變量（對象引用）都是在棧中的。一般情況下，線程退出或者方法退出時，棧中的數(shù)據(jù)會被自動清除。

程序在執(zhí)行過程中，會在棧中為不同的方法創(chuàng)建不同的棧幀，在棧幀中又包含了：局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法出口。?

關(guān)于局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法出口的具體作用，會在《架構(gòu)師進(jìn)階系列》中的后續(xù)文章中詳細(xì)闡述。

棧中一般會存儲對象的引用，這些引用所指向的具體對象一般都會在堆中開辟單獨(dú)的地址空間進(jìn)行存儲，也有可能存儲在直接內(nèi)存中。

注意：?這里說的是這些引用所指向的具體對象一般都會在堆中開辟單獨(dú)的地址空間進(jìn)行存儲，也有可能存儲在直接內(nèi)存中。

因?yàn)樵贘VM中，如果開啟了逃逸分析和標(biāo)量替換，則可能不會再在堆上創(chuàng)建對象，可能會將對象直接分配到棧上，也可能不再創(chuàng)建對象，而是進(jìn)一步分解對象中的成員變量，將其直接在棧上分配空間并賦值。?

本地方法棧

本地方法棧相對來說比較簡單，就是保存native方法進(jìn)入?yún)^(qū)域的地址。

例如，在Java中創(chuàng)建線程，調(diào)用Thread對象的start()方法時，會通過本地方法start0()調(diào)用操作系統(tǒng)創(chuàng)建線程的方法。此時，本地方法棧就會保存start0()方法進(jìn)入?yún)^(qū)域的內(nèi)存地址。

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器也叫作PC計數(shù)器，只要存儲的是下一條將要執(zhí)行的命令的地址。

雙親委派機(jī)制何為雙親委派？

JVM中是通過類的雙親委派機(jī)制來加載的，那什么是雙親委派機(jī)制呢？我們先來看一張圖。

當(dāng)JVM加載某個類的時候，不會直接使用當(dāng)前類的加載器加載該類，會先委托父加載器尋找要加載的目標(biāo)類，找不到再委托上層的父加載器進(jìn)行加載，直到引導(dǎo)類加載器同樣找不到要加載的目標(biāo)類，就會在自己的類加載路徑中查找并加載目標(biāo)類。

簡單來說：雙親委派機(jī)制就是：先使用父加載器加載，如果父加載器找不到要加載的目標(biāo)類，就使用子加載器自己加載。

為何使用雙親委派機(jī)制？

這里，小伙伴們有沒有想過這樣一個問題：JVM為何要使用雙親委派機(jī)制呢？

為了更好的說明問題，我們自己創(chuàng)建一個java.lang?包，并在java.lang包下，創(chuàng)建一個String類，如下所示。

package java.lang;/** * @author binghe (公眾號：冰河技術(shù)) * @version 1.0.0 * @description 測試時雙親委派機(jī)制 */public class String {    public static void main(String[] args){        System.out.println("自定義的String類");    }}

這里，我們自己創(chuàng)建一個java.lang.String?類，而JDK中也存在一個java.lang.String?類，如果運(yùn)行我們自己創(chuàng)建的java.lang.String會發(fā)生什么呢？會輸出如下錯誤信息。

錯誤: 在類 java.lang.String 中找不到 main 方法, 請將 main 方法定義為:   public static void main(String[] args)否則 JavaFX 應(yīng)用程序類必須擴(kuò)展javafx.application.Application

那JVM為何要使用雙親委派機(jī)制呢？試想，如果我們自己寫的類能夠隨隨便便覆蓋JDK中的類的話，那JDK中的代碼是不是就沒有任何安全性可言了？沒錯，JVM為了代碼的安全性，也即是沙箱安全機(jī)制，使用了雙親委派機(jī)制。

另外，使用雙親委派機(jī)制，也能防止JVM內(nèi)存中出現(xiàn)多份相同的字節(jié)碼。例如，兩個類A和B，都需要加載System類。如果JVM沒有提供雙親委派機(jī)制，那么A和B兩個類就會分別加載一份System的字節(jié)碼，這樣JVM內(nèi)存中就會出現(xiàn)這份System字節(jié)碼。

相反，JVM提供了雙親委派機(jī)制的話，在加載System類的過程中，會遞歸的向父加載器查找并加載，整個過程會優(yōu)先選用BootStrapClassLoader加載器，也就是我們通常說的引導(dǎo)類加載器。如果找不到就逐級向下使用子加載器進(jìn)行加載。

而System類可以在BootStrapClassLoader中進(jìn)行加載，如果System類已經(jīng)通過A類的引用加載過，此時B類也要加載System類，也會從BootStrapClassLoader開始加載System類，此時，BootStrapClassLoader發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載過System類了，就會直接返回內(nèi)存中的System，不再重新加載。

這樣，在JVM內(nèi)存中，就只會存在一份System類的字節(jié)碼。

類加載器的父子關(guān)系

如何確認(rèn)類加載器的父子關(guān)系呢？這里，我們再來看一個示例代碼，如下所示。

/** * @author binghe (公眾號：冰河技術(shù)) * @version 1.0.0 * @description 類的雙親委派機(jī)制 */public class User {    public static void main(String[] args){        User user = new User();        System.out.println(user.getClass().getClassLoader());        System.out.println(user.getClass().getClassLoader().getParent());        System.out.println(user.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());    }}

這段代碼也比較簡單，創(chuàng)建了一個User對象，打印User對象的類加載器，父類加載和上層父加載器。在IDEA中運(yùn)行上述代碼，會輸出如下信息。

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@135fbaa4null

可以看到，User對象的類加載器是AppClassLoader，父加載器是ExtClassLoader。而輸出的null其實(shí)是BootStrapClassLoader，而BootStrapClassLoader也就是上層父加載器。

這樣，類加載器的父子關(guān)系就出來了：AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加載器是BootStrapClassLoader。

這里，需要注意的是：父加載器并不是父類。

類加載器加載的類引導(dǎo)類加載器（BootStrapClassLoader）：負(fù)責(zé)加載%JAVA_HOME%/jre/lib目錄下的所有jar包，或者是-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑；擴(kuò)展類加載器（ExtClassLoader）：負(fù)責(zé)加載%JAVA_HOME%/jre/lib/ext目錄下的所有jar包，或者是java.ext.dirs參數(shù)指定的路徑；應(yīng)用類加載器（AppClassLoader）：負(fù)責(zé)加載用戶類路徑上所指定的類庫。

注意：引導(dǎo)類加載器和擴(kuò)展類加載器加載的類都是預(yù)先加載好的，而應(yīng)用類加載器用來加載應(yīng)用工程的classes以及l(fā)ib下的類庫，僅僅聲明，并不會提前載入JVM內(nèi)存，等到使用的時候才會加載到JVM內(nèi)存中。

類的加載過程

一個類在JVM中的加載過程大致經(jīng)歷了加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析和初始化。

加載：主要是在計算機(jī)磁盤上通過IO流讀取字節(jié)碼文件（.class文件），當(dāng)程序需要使用某個類時，才會對這個類進(jìn)行加載操作，比如，在程序中調(diào)用某個類的靜態(tài)方法，使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建某個類的對象等。在加載階段，往往會在JVM的堆內(nèi)存中生成一個代表這個類的Class對象，這個對象作為存放在JVM方法區(qū)中這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口，也可以叫做訪問句柄。驗(yàn)證：主要的作用就是校驗(yàn)字節(jié)碼的正確性，是否符合JVM規(guī)范。準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配相應(yīng)的內(nèi)存，并賦予默認(rèn)值。解析：將程序中的符號引用替換為直接引用，這里的符號引用包括：靜態(tài)方法等。此階段就是將一些靜態(tài)方法等符號引用替換成指向數(shù)據(jù)所在內(nèi)存地址的指針，這些指針就是直接引用。如果是在類加載過程中完成的符號引用到直接引用的替換，這個替換的過程就叫作靜態(tài)鏈接過程。如果是在運(yùn)行期間完成的符號引用到直接引用的替換，這個替換的過程就叫作動態(tài)鏈接過程。初始化：對類的靜態(tài)變量進(jìn)行初始化，為其賦予程序中指定的值，并執(zhí)行靜態(tài)代碼塊中的代碼。

注意：在準(zhǔn)備階段和初始化階段都會為類的靜態(tài)變量賦值，不同之處就是在準(zhǔn)備階段為類的靜態(tài)變量賦予的是默認(rèn)值，而在初始化階段為類的靜態(tài)變量賦予的是真正要賦予的值。

例如，在程序中有如下靜態(tài)變量。

public static int count = 100;

在準(zhǔn)備階段會為count賦予一個默認(rèn)值0，而在初始化階段才會真正將count賦值為100。

JVM調(diào)優(yōu)參數(shù)

在JVM中，主要是對堆（新生代）、方法區(qū)和棧進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)。各個區(qū)域的調(diào)優(yōu)參數(shù)如下所示。

堆：-Xms、-Xmx新生代：-Xmn方法區(qū)（元空間）：-XX:MetaspaceSize、-XX:MaxMetaspaceSize棧（線程）：-Xss

為了更加直觀的表述，我們可以將JVM的內(nèi)存區(qū)域和對應(yīng)的調(diào)優(yōu)參數(shù)總結(jié)成下圖所示。

在設(shè)置JVM啟動參數(shù)時，需要特別注意方法區(qū)（元空間）的參數(shù)設(shè)置。

關(guān)于方法區(qū)（元空間）的JVM參數(shù)主要有兩個：-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize。

-XX:MetaspaceSize：指的是方法區(qū)（元空間）觸發(fā)Full GC的初始內(nèi)存大?。ǚ椒▍^(qū)沒有固定的初始內(nèi)存大?。宰止?jié)為單位，默認(rèn)為21M。達(dá)到設(shè)置的值時，會觸發(fā)Full GC，同時垃圾收集器會對這個值進(jìn)行修改。

如果在發(fā)生Full GC時，回收了大量內(nèi)存空間，則垃圾收集器會適當(dāng)降低此值的大??；如果在發(fā)生Full GC時，釋放的空間比較少，則在不超過設(shè)置的-XX:MetaspaceSize值或者在沒設(shè)置-XX:MetaspaceSize的值時不超過21M，適當(dāng)提高此值。

-XX:MaxMetaspaceSize：指的是方法區(qū)（元空間）的最大值，默認(rèn)值為-1，不受堆內(nèi)存大小限制，此時，只會受限于本地內(nèi)存大小。

最后需要注意的是：調(diào)整方法區(qū)（元空間）的大小會發(fā)生Full GC，這種操作的代價是非常昂貴的。如果發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在啟動的時候發(fā)生了Full GC，則很有可能是方法區(qū)（元空間）的大小被動態(tài)調(diào)整了。

所以，為了盡量不讓JVM動態(tài)調(diào)整方法區(qū)（元空間）的大小造成頻繁的Full GC，一般將-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize設(shè)置成一樣的值。例如，物理內(nèi)存8G，可以將這兩個值設(shè)置為256M?

最后，我們一起看下在物理內(nèi)存8G的情況下，啟動應(yīng)用程序時，可以設(shè)置的JVM參數(shù)。當(dāng)然，我這里給出的是一些經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際部署到生產(chǎn)環(huán)境時，需要經(jīng)過壓測找到最佳的參數(shù)值。

啟動SpringBoot

java ‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M ‐jar xxx.jar

啟動Tomcat（Linux）

在Tomcat bin目錄下catalina.sh文件里配置。

‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M

啟動Tomcat（Windows）

在Tomcat bin目錄下catalina.bat文件里配置。

‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M

總結(jié)

本文以面試為背景，探討了有關(guān)JVM的常見面試問題。文章開頭以一個常見的面試題舉例，說明了JVM在互聯(lián)網(wǎng)大廠面試中的重要性。接下里，介紹了JVM的體系結(jié)構(gòu)，包含：方法區(qū)（元空間）、堆、棧、本地方法棧和程序計數(shù)器。

隨后，介紹了JVM中的雙親委派機(jī)制，說明了何為雙親委派，為何使用雙親委派機(jī)制，類加載器的父子關(guān)系。需要注意的是：這里說的類加載器的父子關(guān)系并不是父類和子類的關(guān)系。隨后，介紹了各個類加載器要加載哪些類。

接下來，介紹了類的加載過程，主要包含：加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析和初始化等步驟，同時，說明了各個步驟的主要作用。

最后，介紹了JVM中常用的調(diào)優(yōu)參數(shù)，涵蓋堆、新生代、方法區(qū)（元空間）和棧（線程）常用的調(diào)優(yōu)參數(shù)。并以Tomcat調(diào)優(yōu)為例，詳細(xì)說明了如何使用這些調(diào)優(yōu)參數(shù)。

說了這么多你都掌握了嗎？

關(guān)鍵詞：