阿里美团Oracle等大厂的Java虚拟机面试题集锦

Posted 2021-04-30 业余草

有代码的地方，就有江湖。

 

程序员，就是“一人，一键，二机”行走其间的孤独剑客。在江湖中狂荡，必然要练就绝世武功，则需要内外兼备：精妙的招式，加之深厚的内功。武功的基础是内功，一个内功低的人招式再奇妙，也打不过一个内功深厚之人。同样两者也是相辅相成，内功深厚，原来的一招一式威力也会倍增。

 

对于开发者来说，其道理也是一样。流行的框架越来越多，封装也越来越完善，各种框架可以搞定一切。

初级程序员只要熟悉基本的使用方法，几乎不用关注底层的实现，便可以快速地开发上线。

但对于想要进阶的你来说，更要注重内功，比如算法、设计模式、底层原理等等。只有把基础打扎实，才能知其然知其所以然，出现Bug能快速发现问题本质。

 

作者郑雨迪在Java虚拟机性能优化方面有着多年的研究，深知JVM是内功心法很重要的一块。上线出现性能问题，JVM调优更是不可回避的事情。但又因Java虚拟机封装得太好，让我们几乎感觉不到它的存在，可学习Java虚拟机对于高级程序员来说，其重要性是不言而喻的。

我司在面试高级开发的时候，JVM相关知识也必定是考核的标准之一。

 

下面这篇文章集锦了阿里、美团、Oracle等大厂的JVM考点，你看看是否会能答得上来？

 

1. 为什么Java被称作是“平台无关的编程语言”？

2. Java代码是怎么运行的？

3. Java虚拟机是如何加载Java类的？

4. 如何监控和诊断JVM堆内和堆外内存使用？

5. 如何理解JVM内置的编译或GC日志？

6. JVM的永久代中会发生垃圾回收么？

7. Java中的两种异常类型是什么？他们有什么区别？

8. JVM是如何实现同步的？

9. Java内在模型是什么？

10. 即时编译器有哪些优化？在什么情况下重复读写操作会被优化？

11. 什么样的垃圾才被回收？什么时候会导致垃圾回收？

12. 如何利用字节码注入为已有代码加料？

……

 

根据郑雨迪专栏《深入拆解Java虚拟机》的内容，我挑选了几个问题进行解答，希望能对大家面试起到帮助。顺便提一句，《深入拆解Java虚拟机》已有 2.6 w+订阅，今天也有特惠活动。

画外音：

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1、Java代码是怎么运行的？

 

这个问题可以分三块来回答：

• 为什么Java要在虚拟机里运行？

• Java虚拟机具体是怎样运行Java字节码的？

• Java虚拟机的运行效率究竟是怎么样的？

 

Java之所以要在虚拟机中运行，是因为它提供了可移植性。一旦Java代码被编译为Java字节码，便可以在不同平台上的Java虚拟机实现上运行。此外，虚拟机还提供了一个代码托管的环境，代替我们处理部分冗长而且容易出错的事务，例如内存管理。

 

Java虚拟机将运行时内存区域划分为五个部分，分别为方法区、堆、PC寄存器、Java方法栈和本地方法栈。Java程序编译而成的class文件，需要先加载至方法区中，方能在Java虚拟机中运行。

为了提高运行效率，标准JDK中的HotSpot虚拟机采用的是一种混合执行的策略。首先，它会解释执行Java字节码，然后会将其中反复执行的热点代码，以方法为单位进行即时编译，翻译成机器码后直接运行在底层硬件之上。HotSpot装载了多个不同的即时编译器，以便在编译时间和生成代码的执行效率之间做取舍。

画外音：

参考《深入拆解Java虚拟机》的文章：「Java代码是怎么运行的？」

 

2、Java虚拟机是如何加载Java类的?

 

Java虚拟机将字节流转化为Java类的过程，可分为加载、链接以及初始化三大步骤。也可以用盖房子来类比Java虚拟机中的类加载。

 

• 加载是指查找字节流，并且据此创建类的过程。以盖房子为例，村里的Tony要盖个房子，那么按照流程他得先找个建筑师，跟他说想要设计一个房型，比如说“一房、一厅、四卫”。这里的房型相当于类，而建筑师，就相当于类加载器。村里有许多建筑师，他们等级森严，但有着共同的祖师爷，叫启动类加载器（boot class loader）。

 

加载需要借助类加载器，在Java虚拟机中，类加载器使用了双亲委派模型，即接收到加载请求时，会先将请求转发给父类加载器。

 

• 链接，是指将创建成的类合并至Java虚拟机中，使之能够执行的过程。链接还分验证、准备和解析三个阶段。其中，解析阶段为非必须的。

 

• 初始化，则是为标记为常量值的字段赋值，以及执行<clinit>方法的过程。类的初始化仅会被执行一次，这个特性被用来实现单例的延迟初始化。这放在我们盖房子的例子中就是，只有当房子装修过后，Tony才能真正地住进去。

 

3、异常捕获是如何实现的？

在编译生成的Java字节码中，每个方法都附带一个异常表。异常表中的每一行均定义了一条异常执行路径，其中包括规定捕获范围的起始字节码索引、终止（不包含）字节码索引，异常处理代码的起始字节码索引，以及所捕获的异常类型。

 

当程序触发异常时，JVM会从上至下遍历异常表中的所有条目。当触发异常的字节码的索引值在某行异常表条目的捕获范围内，JVM会判断所抛出的异常和该条目想要捕获的异常是否匹配。如果匹配，JVM会将控制流转移至该条目所指向的异常处理代码。

 

上述异常捕获机制还被用于finally从句的实现。通常，Java程序的编译器javac会复制多份finally代码块，放置于生成的Java字节码之中，然后通过生成多行异常表条目，来实现完整的finally逻辑。

 

画外音：

这个问题可以看下《深入拆解Java虚拟机》的「JVM是如何处理异常的？」，有做更加详细的讲解。

4、垃圾回收的基础思想是什么？

 

目前JVM的主流垃圾回收器采取的都是可达性分析算法。该算法的实质是将一系列被称为GC Roots的对象作为初始的存活对象合集，然后从该合集出发探索所有能够被该集合引用到的对象，并标记为存活对象。当标记阶段结束之后，未被标记到的对象便是可以清除的。

 

传统的垃圾回收算法在标记、清除过程中需要中止其他应用线程，即所谓的Stop-The-World。新型的垃圾回收算法，如CMS、G1以及ZGC，尽可能地实现并发标记、清除，从而让Stop-The-World的时间长度可控。

 

垃圾回收的另一基础思想则是分代回收。JVM会将新生成的对象划为新生代，而将在多次垃圾回收中存活下来的对象划为老年代。JVM会为不同的分代设置不同的回收算法，从而达到新生代多收集、快收集，老年代少收集、全收集的目标。

画外音：

这里可以看下《深入拆解Java虚拟机》的「 垃圾回收（上）」这篇文章，有做更加详细的讲解。

 

5、JVM垃圾回收算法

• 标记-清除算法：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

  
  

• 复制算法：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当一块内存用完了，将还存另外一块上面，然后在把已使用过的内存空间一次清理掉。

  
  

• 标记-整理算法：标记过程与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

  
  

• 分代收集算法：一般是把Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。新生代都发现有大批对象死去，选用复制算法。老年代中因为对象存活率高，必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

 

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可以说，在JVM领域，雨迪确实有着极深的研究经验，这样子的牛人能出来开课，真的是难得。

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1、每篇文章作者都会留下一个思考题，帮助大家更好吸收知识。

举个例子，在「第 6 篇 | JVM 是如何处理异常的？」中，作者讲解了 Java 虚拟机异常处理的机制，并留下了思考题：

2、在留言区，你能看到大家各种各样的解题思路，其中有的你可能会意想不到，可以说，在留言区你也能学到很多。郑雨迪也会留言回复，解答大家提出的问题，或者给予及时反馈。

下面给大家截了部分读者评价，你可以参考。

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