一、JVM包含哪几部分？

JVM主要由四大部分组成： 类加载器，运行时数据区，执行引擎 ，本地库接口

1. 类加载器：负责加载字节码文件即 class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且类加载器只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由执行引擎决定。
2. 运行时数据区：是存放数据的，分为五部分：Stack（虚拟机栈），Heap（堆），Method Area （方法区），PC Register（程序计数器），Native Method Stack（本地方法栈）。几乎所有的关于 Java 内存方面的问题，都是集中在这块。
3. 执行引擎：Class 文件被加载后，会把指令和数据信息放入内存中，执行引擎 则负责把这些命令解释给操作系统。
4. 本地库接口：负责调用本地接口的。他的作用是调用不同语言的接口给JAVA用。

二、介绍下运行时数据区

1. 程序计数器 ：程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。它是线程私有的
2. 虚拟机栈：虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。 在Java虚拟机规范中,对这个内存区域规定了两类异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛StackOverflowError异常。如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展,当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
3. 本地方法栈：本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地方法服务。
4. 堆 堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。堆是垃圾收集器管理的内存区域,因此一些资料中它也被称作“GC堆”。如果在Java堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,JVM将会抛出OutOfMemoryError异常。
5. 方法区：方法区与堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然Java虚拟机规范中把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫作“非堆”,目的是与堆区分开来。 运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池表,用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用。 根据Java虚拟机规范的规定,如果方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

三、介绍下类加载机制

一个类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接，而前五个阶段则是类加载的完整过程。

1. 在加载阶段JVM需要在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
2. 验证阶段大致上会完成下面四个阶段的检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
3. 准备阶段是正式为类中定义变量（静态变量）分配到内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都应当在方法区中进行分配，但必须注意到方法区本身是一个逻辑上的区域。
4. 解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号替换为直接引用的过程，符号引用以一组符号来描述所引用的目标，直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者一个能间接定位到目标的句柄。
5. 类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤，直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序。本质上，初始化阶段就是执行类构造器的过程

关于在什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段“加载”，《Java虚拟机规范》中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，《Java虚拟机规范》则是严格规定了有且只有六种情况必须立即对类进行“初始化”：

1. 使用new实例化对象、读写类的静态字段、调用类的静态方法时。
2. 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用时。
3. 当初始化类时，若发现其父类还没有进行过初始化，则先初始化这个父类。
4. 虚拟机启动时，需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
6. 当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

四、介绍下类的实例化过程

1. 类加载：当JVM遇到一条字节码new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。
2. 分配内存。 对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务实际，上便等同于把一块确定大小的内存块从Java堆中划分出来。
3. 初始化零值： 内存分配完成之后，虚拟机必须将分配到的内存空间都初始化为零值，这步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，使程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
4. 状态设置：接下来，虚拟机还要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头之中。根据虚拟机当前运行状态的不同，对象头会有不同的设置方式。
5. 构造函数： Class文件中的、（）*方法还没有执行，所有的字段都为默认的零值，对象需要的其他资源和状态信息也还没有按照预定的意图构造好。-般来说，new指令之后会接着执行’（）^方法，按照程序员的意愿对对象进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。

五、介绍下双亲委派模式

自JDK1.2以来，Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构。对于这个时期的Java应用，绝大多数Java程序都会使用到以下3个系统提供的类加载器来进行加载。

• 启动类加载器 （Bootstrap Class Loader） ：这个类加载 器负责加载存放在<JAVA_ HOME>Vib目录，或者被~Xbootclasspath参 数所指定的路径中存放的，而且是Java虚 拟机能够识别的（按照文件名识别，如rt.jar、 tools.jar， 名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机的内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器去处理，那直接使用nul代替即可。
• 扩展类加载器（Extension Class Loader）：这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以Java代码的形式实现的。它负责加载<JAvA_HOME>lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。根据”扩展类加载器"这个名称，就可以推断出这是一种Java系统类库的扩展机制，JDK的开发团队允许用户将具有通用性的类库放置在ext目录里以扩展Java SE的功能，在JDK9之后，这种扩展机制被模块化带来的天然的扩展能力所取代。由于扩展类加载器是由Java代码实现的，开发者可以直接在程序中使用扩展类加载器来加载Class文件。
• 应用程序类加载器（Application Class Loader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的getSystem-ClassLoader（）方法的返回值，所以有些场合中也称它为"系统类加载器"。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

这些类加载器之间的协作关系"通常"会如下图所示，图中展示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的"双亲委派模型（Parents Delegation Model）"。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（lnheritance）的关系来实现的，而是通常使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。

六、JVM垃圾回收算法

1. 标记清除算法 算法分为“标记”和“清除”两个阶段,首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后,统一回收掉所有被标记的对象,也可以反过来,标记存活的对象,统一回收所有未被标记的对象。它主要有如下两个缺点： 第一个是执行效率不稳定,如果Java堆中包含大量对象,而且其中大部分是需要被回收的,这时必须进行大量标记和清除的动作,导致标记和清除两个过程的执行效率都随对象数量增长而降低。 第二个是内存空间碎片化问题,标记、清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致当程序在运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续的内存而不得不提前触发另一次垃圾收集。

2. 标记复制算法 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。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。对于多数对象都是可回收的情况,算法需要复制的就是占少数的存活对象,而且每次都是针对整个半区进行内存回收,分配内存时也就不用考虑有空间碎片的复杂情况,只要移动堆顶指针,按顺序分配即可。 这种复制回收算法的代价是将可用内存缩小为了原来的一半,空间浪费未免太多了一点。另外,如果内存中多数对象都是存活的,这种算法将会产生大量的内存间复制的开销。所以,现在的商用Java虚拟机大多都优先采用了这种收集算法去回收新生代。

3. 标记整理算法 针对老年代对象的存亡特征,1974年Edward Lueders提出了另外一种有针对性的“标记-整理”算法,其中的标记过程仍然与“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,而是让所有存活的对象都向内存空间一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。 如果移动存活对象,尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活区域,移动存活对象并更新所有引用这些对象的地方将会是一种极为负重的操作,而且这种对象移动操作必须全程暂停用户应用程序才能进行,像这样的停顿被最初的虚拟机设计者形象地描述为“Stop The World”。

七、如何确定对象是可回收的

1. 引用计数算法：在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。

但是，在Java领域，至少主流的Java虚拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存，主要原因是，这个看似简单的算法有很多例外情况要考虑，必须要配合大量额外处理才能保证正确地工作，譬如单纯的引用计数就很难解决对象之间相互循环引用的问题。
举个简单的例子：对象objA和objB都有字段instance，赋值令objA.instance=objB及objB.instance=objA，除此之外，这两个对象再无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为零，引用计数算法也就无法回收它们。

2. 可达性分析算法：以"GC Roots"的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为"引用链”（Reference Chain），如果某个对象到GCRoots间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。

八、java四种引用方式

1. 强引用，以new关键字创建的引用都是强引用，被强引用引用的对象永远都不会被回收。
2. 软引用：以SoftRererenc引用对象，被弱引用引用的对象只有在内存空间不足时会被垃圾回收。
3. 弱引用，以WeakReference引用对象，被弱引用引用的对象一定会被回收，它只能存活到下一次垃圾回收。
4. 虚引用：以PhantomReference引用对象，一个对象被引用引用后不会有任何影响，也无法通过该引用来获取该对象，只是其再被垃圾回收时会收到一个系统通知。

九、介绍下垃圾收集器

Serial、Serial Old、PawNew、CMS、Parallel Scavenge、Parallel Old、G1

CMS（Concurrent MarkSweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。从名字上就可以看出CMS收集器是基于标记-清除算法实现的，它的运作过程分为四个步骤，包括：

1. 初始标记（CMS initial mark）；始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快；
2. 并发标记（CMS concurrent mark）；并发标记阶段就是从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行；
3. 重新标记（CMS remark）；重新标记阶段则是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短；
4. 并发清除（CMS concurrent sweep）。并发清除阶段，清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的。

G1收集器是一个多线程的采用标记清除算法的，面向混合收集（同时收集新生带和老年带）的一个垃圾收集器。G1收集器将整个堆内存区域划分为多个大小相等的region，以region为单位进行垃圾收集并获取每个region的收集效率和收集收益，通过一张优先级表对其进行维护。同时每个region中维护了一个remember set用来存储该分区中的对象所引用的对象在其他分区的位置来避免在做可达性分析算法时全堆扫描。G1垃圾收集器垃圾回收主要包括四个流程：1，初始标记，2，并发标记（类似于CMS），3，最终标记在并发标记中维护了一个remember set log用来记录在该阶段发生变化的对象引用关系，在该阶段就是将该信息同步到最终标记信息中。4，并发筛选回收：根据优先级表选择分区进行垃圾回收，用户线程不停顿。

十、介绍下内存溢出

内存溢出（outofmemory）：简单地说内存溢出就是指程序运行过程中申请的内存大于系统能够提供的内存，导致无法申请到足够的内存，于是就发生了内存溢出。引起内存溢出的原因有很多种，常见的有以下几种：

1. 内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；
2. 集合类中有对对象的引用，使用完后末清空，使得JVM不能回收；
3. 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；
4. 使用的第三方软件中的BUG；
5. 启动参数内存值设定的过小。

内存溢出的解决方案：

1. 第一步，修改JVM启动参数，直接增加内存。
2. 第二步，检查错误日志，查看"OutOfMemory"错误前是否有其它异常或错误。
3. 第三步，对代码进行走查和分析，找出可能发生内存溢出的位置。
4. 第四步，使用内存查看工具动态查看内存使用情况。

十一、介绍下内存泄漏

内存泄漏的根本原因是长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用，尽管短生命周期的对象已经不再需要，但由于长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收。以发生的方式来分类，内存泄漏可分为4类

1. 常发性内存泄漏。发生内存泄漏的代码会被多次执行到，每次被执行的时候都会导致一块内存泄漏。
2. 偶发性内存泄漏。发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操作过程下才会发生。常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境，偶发性的也许就变成了常发性的。所以测试环境和测试方法对检测内存泄漏至关重要。
3. 一次性内存泄漏。发生内存泄漏的代码只会被执行一次， 或者由于算法上的缺陷，导致总会有-块仅且-块内存发生泄漏。
4. 隐式内存泄漏。程序在运行过程中不停的分配内存，但是直到结束的时候才释放内存。严格的说这里并没有发生内存泄漏，因为最终程序释放了所有申请的内存。但是对于一个服务器程序，需要运行几天，几周甚至几个月，不及时释放内存也可能导致最终耗尽系统的所有内存。所以，我们称这类内存泄漏为隐式内存泄漏

避免内存泄漏的几点建议：

1. 尽早释放无用对象的引用。
2. 避免在循环中创建对象。
3. 使用字符串处理时避免使用String，应使用StringBuffer.
4. 尽量少使用静态变量，因为静态变量存放在永久代，基本不参与垃圾回收。