JVM面试真题总结(一)

简介: JVM面试真题总结(一)

Java主要是解释执行还是编译执行?请说明理由

Java既是解释执行的,也是编译执行的,它采用了一种折中的方式。

首先,Java源代码(.java文件)会被Java编译器编译成字节码文件(.class文件)。

  • 这个过程是编译过程。

然后,当我们运行Java程序时,Java虚拟机(JVM)会通过类加载器(ClassLoader)加载这个字节码文件。

  • 加载后,Java虚拟机内置的解释器会解释执行这个字节码。

但是,为了提高执行效率,Java虚拟机还会使用即时编译器(JIT,Just-In-Time Compiler

  • 把经常执行的字节码片段(热点代码)编译成与特定硬件平台相关的机器码来执行,这个过程叫做即时编译

所以,我们可以说Java既是解释执行的,也是编译执行的。

JIT(即时编译)是什么?

JIT是Just-In-Time的缩写,翻译为即时编译器。

  • 它是一种用于提升程序运行速度的编译方式
  • 广泛应用于Java虚拟机(JVM)以及一些JavaScript引擎中。

在Java中,源代码首先被编译成字节码,字节码在运行时可以被JVM解释执行

  • 这种方式可以保证Java程序的跨平台性。

但是每次运行时都解释字节码,效率相对较低。为了提高执行速度,JVM采用了JIT技术。

JIT编译器会在运行时将字节码编译成特定硬件平台的机器码,这样可以直接由CPU执行,大大提高了执行效率。

  • 并且,JIT编译器通常会采用一些优化策略
  • 例如内联(inlining),循环展开(loop unrolling)等,以进一步提高执行速度。

另外,JIT编译器并不是一开始就把所有字节码都编译成机器码,而是采用一种称为热点探测的技术

  • 只编译那些被频繁执行的代码(即热点代码)。

这样可以使编译工作集中在对程序性能影响最大的部分,进一步提高了整体的执行效率。

什么是指令重排序?

指令重排序是计算机科学中的一种优化技术,主要用于提高处理器的性能。

在执行程序时,处理器可能会改变指令的执行顺序,这就是所谓的指令重排序。

举个例子,假设我们有以下三条指令:

  • A:读取数据X
  • B:执行某种运算
  • C:写入数据Y

在原始的顺序中,这三条指令是按照A->B->C的顺序执行的。

但是如果B指令的运算并不依赖于A指令读取的数据,那么处理器就可以先执行B指令,再执行A指令

  • 也就是说重排序后的执行顺序是B->A->C

这种重排序可以有效地利用处理器资源,避免处理器在等待某些操作(例如内存读取)完成时处于闲置状态

  • 从而提高处理器的运行效率。

然而,指令重排序也可能导致一些问题。

例如,在多线程环境中,如果两个线程都在访问和修改同一块内存,那么指令重排序可能会导致数据不一致的问题。

  • 因此,为了保证正确性,我们需要使用一些同步机制(例如Java中的volatile关键字)来防止指令重排序。

指令重排序有哪些类型?解释一下过程?

指令重排序主要分为以下三种类型:

编译器优化的重排序:

编译器在不改变单线程程序语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。

指令级并行的重排序:

  • 现代多核处理器采用了指令级并行技术(Instruction-Level Parallelism,简称ILP)来提升性能
  • 处理器会对输入的指令进行动态重排序,然后把多条指令并行(或者说同时)输出执行。

内存系统的重排序:

  • 由于处理器使用缓存和读/写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

指令重排序的过程大致如下:

  • 首先,源代码在编译的过程中,编译器可能会进行优化,改变程序中语句的执行顺序。
  • 然后,编译后的代码在执行的过程中,如果处理器采用了指令级并行技术
  • 那么处理器可能会对指令进行动态重排序,同时执行多条指令。

最后,由于处理器使用了缓存和读/写缓冲区,实际的内存读/写操作的顺序可能会与原始的程序顺序不同。

需要注意的是,虽然指令重排序可以提高处理器的执行效率

  • 但在多线程环境下,如果没有适当的同步措施,可能会导致程序行为的不确定性。
  • 因此,Java内存模型规定了一些happens-before规则,用来约束指令的重排序
  • 以保证多线程环境下的程序正确性。

如何阻止指令重排序?给出方法

在多线程环境中,指令重排序可能会导致一些不可预见的问题

  • 因此我们需要使用一些同步机制来避免指令重排序。

在Java中,volatile关键字可以用来防止指令重排序。

当一个变量被声明为volatile时,Java内存模型将确保所有对该变量的读/写操作都不会被重排序。

  • 这是因为volatile关键字为变量的读/写操作添加了内存屏障,这些内存屏障可以防止指令重排序。

Synchronized关键字如何防止指令重排序?其实现机制是什么?

synchronized 可以保证有序性,但是无法防止指令重排

  • 如果要防止指令重排,得使用 volatile 关键字。

volatile关键字能防止指令重排序吗?如何实现?

volatile关键字可以防止指令重排序。

在Java内存模型中,volatile是一种特殊的变量,对它的读写操作具有特殊的内存语义。

  • 具体来说,对volatile变量的写操作,会在写操作后加入一个写屏障(write barrier
  • 强制将这个写操作刷新到主内存中
  • 对volatile变量的读操作,会在读操作前加入一个读屏障(read barrier),强制从主内存中读取最新的值。

这种内存语义保证了volatile变量的可见性,也就是说

  • 当一个线程写入一个volatile变量的值后,其他线程能立即看到这个新写入的值。

此外,Java内存模型还规定,对一个volatile变量的写操作

  • 会在后续的任何操作之前完成(也就是说,后续的操作不能被重排序到这个写操作之前)

对一个volatile变量的读操作,会在前面的任何操作之后完成

  • 也就是说,前面的操作不能被重排序到这个读操作之后。

这就是volatile变量防止指令重排序的机制。

通过这种机制,volatile关键字可以用来构建线程之间的通信机制

  • 例如,可以用volatile变量来做一个简单的标记,来通知其他线程某个事件已经发生。

解释一下Young GC?

Young GC,也称为Minor GC,是Java中垃圾收集器的一种

  • 主要负责清理Java堆内存中的年轻代(Young Generation)。

在Java的内存模型中,堆内存被分为年轻代和老年代(Old Generation)。

年轻代又被分为Eden区和两个Survivor区。

  • 大部分新创建的对象都会被分配到Eden区,当Eden区满了之后,就会触发Young GC。

Young GC的工作流程如下:

  • 首先,垃圾收集器会标记出所有Eden区中无用(即不再被引用)的对象。
  • 然后,垃圾收集器会清理掉这些无用的对象,同时将还在使用的对象移动到Survivor区。
  • 如果Survivor区也满了,那么还在使用的对象会被移动到老年代。

Young GC的特点是运行速度快,因为它只处理堆内存中的一小部分(即年轻代)。

但是,如果应用程序创建对象的速度非常快,或者长时间保持大量的短生命周期对象

  • 那么可能会频繁触发Young GC,从而影响程序的性能。

需要注意的是,Young GC只能清理年轻代中的无用对象,对于老年代中的无用对象

  • 需要使用其他类型的垃圾收集器(如Full GC)来清理。

解释-下Minor GC?

Minor GC,也被称为小型垃圾收集

  • 主要是针对Java堆内存中的新生代(Young Generation)进行的垃圾收集。

在Java的内存模型中,堆内存被分为新生代和老年代。

  • 新生代又被分为Eden区和两个Survivor区(Survivor FromSurvivor To)。
  • 新创建的对象首先被分配在Eden区,当Eden区满时,就会触发Minor GC

在Minor GC过程中,垃圾收集器会检查新生代中的对象

  • 清理无用的对象(即没有被其他对象引用的对象),并将仍然存活的对象移动到Survivor区。
  • 如果Survivor区也满了,还存活的对象会被移动到老年代。
  • 这种过程是为了解决新生代空间不足的问题。

Minor GC的主要优点是效率高,因为新生代通常只占据堆空间的一小部分,并且新生代中的大多数对象都是朝生夕死

  • 所以Minor GC可以在较短的时间内完成。但是,频繁的Minor GC也可能导致系统负载增加。

在实际应用中,理解Minor GC对于Java性能调优是非常重要的

  • 因为通过调整新生代的大小或者选择不同的垃圾收集器
  • 可以影响Minor GC的频率和持续时间,从而优化应用的性能。

哪些条件会引发Minor GC的发生?

Minor GC,也被称为小型垃圾收集

  • 主要是针对Java堆内存中的新生代(Young Generation)进行的垃圾收集。

在Java的内存模型中,堆内存被分为新生代和老年代。

  • 新生代又被分为Eden区和两个Survivor区(Survivor FromSurvivor To)。
  • 新创建的对象首先被分配在Eden区。

当Eden区满时,就会触发Minor GC

Minor GC过程中,垃圾收集器会检查新生代中的对象,清理无用的对象(即没有被其他对象引用的对象)

  • 并将仍然存活的对象移动到Survivor区。
  • 如果Survivor区也满了,还存活的对象会被移动到老年代。
  • 这种过程是为了解决新生代空间不足的问题。

因此,简单来说,当新生代(特别是Eden区)的空间不足以容纳新创建的对象时,就会触发Minor GC

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