面试题二十：Java高级面试

面试题二十：Java高级面试 —GC相关

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发布时间：2019-03-11

本文共 2317 字，大约阅读时间需要 7 分钟。

一、类加载器

1. 什么是类加载器

类加载器（ClassLoader）是Java运行时环境中用于动态加载类文件到内存中的关键组件。它的主要职责是根据类路径（classpath）的配置，自动查找并加载所需的类文件。当应用程序运行时，类加载器会根据需要动态加载类文件，确保程序能够在运行时加载新类或修复已有类。

2. 类加载器的类型

从程序员的角度来看，常见的类加载器类型包括：

BootStrap ClassLoader：这是最底层的类加载器，负责加载Java平台的核心类库。它通常不会根据用户需求进行修改，专门用于加载Java Runtime Environment（JRE）中的核心系统类。

Extension ClassLoader：负责加载应用程序所依赖的扩展类库。这些类库通常位于JRE的ext目录下，类加载器会自动查找并加载这些扩展类。

App ClassLoader：用户应用程序常用的类加载器，它负责加载应用程序的主类和相关依赖类。开发者可以通过配置classpath来指定加载哪些类。

从Java虚拟机（JVM）的角度来看，所有的类加载器都可以分为两大类：

启动类加载器：即上述的BootStrap ClassLoader，它负责加载JVM自身以及核心系统类。

其他类加载器：由用户应用程序定义的类加载器，负责加载应用程序的主类和相关依赖类。

3. 双亲委托模型

在Java的类加载机制中，双亲委托模型是核心的加载机制。这个机制确保了类加载的安全性和一致性。具体来说，当一个类加载器尝试加载一个类时，它会首先委托给其父类加载器（即双亲）进行加载。如果父类加载器无法找到该类，子类加载器会自己尝试从类路径中查找。

双亲委托模型的核心逻辑可以用以下代码表示：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    public Class
    loadClass(String className) throws IOException {
        return super.loadClass(className);
    }
}

需要注意的是，默认的双亲委托模型会自动为所有自定义的ClassLoader添加双亲委托关系。如果需要自定义双亲委托行为，可以通过setDelegation()方法进行配置。

4. 类加载过程

类加载过程可以分为以下几个阶段：

验证（Verification）：确保类文件的格式和语法正确无误。

准备（Preparation）：将类文件转化为方法码（ bytecode），并为类和其成员（字段、方法）分配内存空间。

解析（Resolution）：将符号引用转化为直接引用。这个过程包括类常量的计算和动态链接。

初始化（Initialization）：执行类构造器（Class Constructor）进行类变量和方法的初始化。

理解这些阶段的逻辑有助于我们更好地理解类加载器的工作原理，以及如何优化应用程序的类加载性能。

二、Java堆、栈

1. Java程序运行时的内存分配策略

在Java中，内存分配策略直接关系到程序的性能。堆内存是Java最大的动态内存区域，主要用于存储对象实例。而栈内存则用于存储程序执行过程中方法调用的上下文。

内存分配策略可以分为以下几种：

最佳-fit allocation（最佳匹配分配）：尽可能找到最小的可用内存块来分配当前请求的内存。

worst-fit allocation（最坏匹配分配）：优先分配最大的可用内存块给当前请求。

best-fit allocation within worst-fit allocation（最坏匹配下的最佳匹配分配）：优先分配最小的可用内存块，但在整个分配过程中仍然遵循最坏匹配策略。

选择哪种内存分配策略会直接影响内存碎片的产生和内存利用率。

2. 栈内存、堆内存的区别

栈内存和堆内存是Java内存管理中的两个核心概念。两者在内存作用和管理策略上有明显差异。

栈内存：
- 存取速度快，因为它位于CPU缓存区。
- 内存生命周期短，通常与方法调用或函数执行相关联。

堆内存：
- 存取速度较慢，因为它位于磁盘或其他慢速存储介质上。
- 内存生命周期长，主要用于存储对象实例。

这两种内存区域的划分直接关系到Java程序的性能表现。

3. Java内存回收机制

Java采用垃圾回收（Garbage Collection，GC）机制来管理内存。垃圾回收机制通过标记无用对象并进行回收，确保内存能够高效利用。

常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除算法：通过标记无用对象并清除它们的内存。

复制算法：将内存分为两块，交替使用，定期对一块进行回收。

标记-整理算法：标记无用对象后，通过移动指针将空闲内存连结起来，减少内存碎片。

垃圾回收机制的效率直接影响到Java程序的性能表现。

4. Java内存泄漏引起的原因

内存泄漏是Java程序中常见的性能问题之一。内存泄漏的主要原因包括：

引用强引用：如果某个对象被强引用（Reference），它将永远不会被垃圾回收器回收。

资源未正确释放：数据库连接、文件流等资源未在使用完成后被正确关闭。

循环依赖：对象间形成环状引用，导致垃圾回收器无法识别这些对象为无用对象。

在开发Java程序时，需要注意对对象生命周期的管理，避免因循环依赖等原因导致内存泄漏。

总结

堆和栈是Java内存管理的两大核心概念。堆主要用于存储对象实例，而栈用于存取方法调用上下文。理解它们的区别和内存管理策略，有助于优化Java程序的性能表现。

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