一、JVM基础概念
1. 什么是JVM？
Java虚拟机(JVM)是Java平台的核心组件，它是一个抽象的计算机器，负责执行Java字节码。JVM提供了Java程序运行的环境，包括内存管理、垃圾回收和安全机制等。
2. JVM的主要组成部分
JVM主要由以下三部分组成：
- 类加载子系统：负责加载.class文件
- 运行时数据区：包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器
- 执行引擎：包含解释器、即时编译器(JIT)和垃圾回收器
二、JVM内存模型
1. JVM内存区域划分
- 程序计数器：线程私有，记录当前线程执行的字节码行号
- Java虚拟机栈：线程私有，存储栈帧(局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口)
- 本地方法栈：为Native方法服务
- Java堆：所有线程共享，存放对象实例
- 方法区：存储类信息、常量、静态变量等
2. 堆内存分代
- 新生代：Eden区、Survivor区(From和To)
- 老年代：长期存活的对象
- 元空间(JDK8+)：取代永久代，存储类元数据
三、垃圾回收机制
1. 垃圾回收算法
- 标记-清除：简单但会产生内存碎片
- 复制算法：高效但浪费空间
- 标记-整理：解决碎片问题但效率较低
- 分代收集：结合多种算法，针对不同代使用不同策略
2. 常见垃圾收集器
- Serial：单线程，适合客户端应用
- Parallel Scavenge：吞吐量优先
- CMS：低延迟，已废弃
- G1：区域化分代式，JDK9默认
- ZGC：超低延迟，支持TB级堆
- Shenandoah：低停顿时间
四、类加载机制
1. 类加载过程
1. 加载：获取二进制字节流
2. 验证：确保Class文件格式正确
3. 准备：为静态变量分配内存并设置初始值
4. 解析：将符号引用转为直接引用
5. 初始化：执行类构造器()方法
2. 类加载器
- 启动类加载器：加载JRE核心类库
- 扩展类加载器：加载JRE扩展目录中的类
- 应用程序类加载器：加载用户类路径上的类
- 自定义类加载器：用户自定义实现
3. 双亲委派模型
类加载器收到加载请求时，先委托父类加载器尝试加载，只有父类无法完成时才自己加载。
五、JVM性能调优
1. 常用JVM参数
- 堆内存设置：
- -Xms：初始堆大小
- -Xmx：最大堆大小
- -Xmn：新生代大小
- 垃圾回收器选择：
- -XX:+UseG1GC：使用G1收集器
- -XX:+UseConcMarkSweepGC：使用CMS收集器
- 其他参数：
- -XX:me
- -XX:Maxme
- -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：OOM时生成堆转储
2. 性能监控工具
- jps：查看Java进程
- jstat：监控JVM统计信息
- jmap：生成堆转储
- jstack：生成线程快照
- VisualVM：图形化监控工具
- Arthas：阿里开源的Java诊断工具
六、常见面试问题
1. JVM内存模型与Java内存模型(JMM)的区别？
- JVM内存模型描述JVM运行时数据区的划分
- JMM定义多线程环境下变量的访问规则
2. 如何判断对象是否可回收？
- 引用计数法(有循环引用问题)
- 可达性分析算法(GC Roots)
3. 强引用、软引用、弱引用和虚引用的区别？
- 强引用：不会被回收
- 软引用：内存不足时回收
- 弱引用：GC时回收
- 虚引用：用于跟踪对象回收
4. G1收集器的工作原理？
- 将堆划分为多个大小相等的Region
- 优先回收价值最大的Region
- 可预测的停顿时间模型
5. 如何排查内存泄漏？
- 使用jmap生成堆转储
- 使用MAT等工具分析堆转储
- 查找异常的对象引用链
七、总结
JVM作为Java技术的核心，其理解深度直接影响开发者的技术水平。掌握JVM原理不仅有助于面试，更能帮助开发者编写高性能、稳定的Java应用。建议结合实际项目经验，通过实践加深对JVM的理解，并持续关注JVM新技术的发展。
