面试专题：JVM原理

清峰大约 5 分钟

面试专题：JVM原理

概述

JVM（Java虚拟机）是Java语言的核心组件之一，它负责将Java字节码转换为机器码并执行。本专题将系统梳理面试中常见的JVM原理问题，涵盖内存结构、类加载机制、垃圾回收、性能优化等核心知识点。

知识要点

1. 内存结构

JVM内存结构主要包括以下几个部分：

堆

堆是JVM中最大的内存区域，用于存储对象实例和数组。堆可以分为新生代和老年代：

public class HeapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象，存储在堆中
        Object obj = new Object();
        // 创建数组，存储在堆中
        int[] arr = new int[10];
    }
}

栈

栈用于存储方法执行时的局部变量、操作数栈、动态链接和方法返回地址。每个线程都有自己的栈：

public class StackDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 局部变量，存储在栈中
        int a = 10;
        // 调用方法，会创建新的栈帧
        method();
    }

    public static void method() {
        int b = 20;
    }
}

2. 类加载机制

类加载过程包括加载、链接（验证、准备、解析）和初始化三个阶段：

类加载器

Java提供了三层类加载器：

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println("系统类加载器: " + systemClassLoader);

        // 获取扩展类加载器
        ClassLoader extensionClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println("扩展类加载器: " + extensionClassLoader);

        // 获取引导类加载器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extensionClassLoader.getParent();
        System.out.println("引导类加载器: " + bootstrapClassLoader);
    }
}

3. 垃圾回收

垃圾回收是JVM的重要功能，用于回收不再使用的对象内存。

垃圾判断算法

引用计数法：通过计算对象的引用数量来判断对象是否可达
可达性分析：通过从GC Roots出发，判断对象是否可达

垃圾回收算法

标记-清除算法：标记需要回收的对象，然后清除
复制算法：将内存分为两半，只使用其中一半，当这一半满时，将存活对象复制到另一半
标记-整理算法：标记存活对象，然后将存活对象向一端移动

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建大量对象，触发垃圾回收
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Object obj = new Object();
        }
    }
}

4. 性能优化

JVM性能优化主要包括以下几个方面：

内存分配优化：调整堆大小、新生代和老年代的比例
垃圾回收器选择：根据应用特点选择合适的垃圾回收器
代码优化：避免创建过多的对象、减少对象的存活时间

public class PerformanceDemo {
    // 避免频繁创建对象
    private static final String CONSTANT = "constant";

    public static void main(String[] args) {
        // 使用StringBuilder而不是String拼接
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            sb.append(i);
        }
        String result = sb.toString();
    }
}