深度解析JVM面试关键点：内存、类加载与垃圾回收

"这篇文档是关于JVM面试题的总结，涵盖了JVM的基本概念、内存区域、类加载机制、对象创建、内存分配、对象内存布局、对象与类的判断、垃圾回收理论、垃圾回收算法以及各种垃圾收集器的介绍。" 在Java中，JVM（Java虚拟机）的主要作用是执行字节码，为Java应用程序提供运行时环境。它负责管理内存、执行线程、处理异常、实现安全性以及优化代码执行。 Java的内存区域通常包括堆（Heap）、栈（Stack）、方法区（Method Area）、程序计数器（PC Register）和本地方法栈（Native Method Stack）。堆是所有对象实例的存储空间，栈则用于存储方法调用时的局部变量和方法返回地址。方法区存储类信息、常量、静态变量等。程序计数器记录当前线程执行的指令地址。本地方法栈则服务于Java外的本地方法。 类加载机制包括加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。加载是将类的.class文件读入内存；验证确保字节码的安全性和有效性；准备阶段为类的静态变量分配内存并初始化为默认值；解析将符号引用转换为直接引用；初始化执行类的初始化方法；使用表示类已经被加载并被使用；卸载是类从JVM中移除的过程。 对象在JVM中通过以下步骤创建：1) 类加载检查；2) 分配内存，通常在堆上；3) 初始化对象的成员变量；4) 对象构造函数调用；5) 对象引用指向新分配的内存地址。 内存分配方式包括栈分配（对于基本类型和对象引用）和堆分配（对于对象实例）。对象的内存布局包含对象头（包含对象的元数据，如类型指针和锁状态），实例数据（实际的字段值），以及可能的对齐填充（为了内存对齐）。 对象访问定位通常有两种方式：基于句柄和直接指针。前者通过句柄（包含对象指针和类型指针的组合）访问，后者直接通过指针访问对象实例。 判断对象是否死亡通常采用可达性分析，通过根节点集合来确定对象是否可到达。判断一个不再使用的类，主要看是否有任何存活对象引用了该类的静态字段，或者是否该类还在被加载器加载。 JVM分代收集理论是基于对象生命周期不同，将堆分为新生代（Young Generation）、老年代（Tenured Generation）和永久代（Perm Generation或元空间）。不同的垃圾收集器针对不同年代进行回收，提高效率。 垃圾回收算法有标记-清除、标记-复制、标记-整理。标记-清除算法分为标记和清除两个阶段，效率较低且会产生碎片；标记-复制将对象复制到一块连续内存区域，效率较高但空间利用率低；标记-整理算法则是让所有存活对象向一端移动，然后清理边界之外的内存。 记忆集和卡表是垃圾收集器中的概念，用于记录堆中哪些块（卡页）被年轻代对象引用。写屏障是在写操作前后插入的额外操作，用于更新记忆集，但可能导致性能下降。三色标记法用于并发标记，可能会遇到浮动垃圾和Concurrent Modification的问题。 常见的垃圾收集器包括Serial、ParNew、ParallelScavenge、SerialOld和ParallelOld，它们各有特点，适应不同的性能需求和场景。例如，Serial收集器适合单线程环境，而ParallelScavenge追求高吞吐量。