五分钟学Java：如何学习Java面试必考的JVM虚拟机

 ## 原创声明 本文首发于微信公众号【程序员黄小斜】 本文作者：黄小斜 转载请务必在文章开头注明出处和作者。 ## 本文思维导图  ## 为什么要学习JVM虚拟机 最近的你有没有参加Java面试呢？你有没有发现，Java面试中总是爱考一类问题，那就是JVM虚拟机，为什么面试官这么爱考察JVM的问题呢，这是因为，所有的Java程序本质上都是运行在JVM之上的，没有JVM虚拟机，也就没有Java语言的执行环境，只有掌握了JVM虚拟机的相关知识，你才能说你懂Java，否则就像一个只会玩手机的人说自己压根不懂安卓操作系统一样。 根据百度百科的介绍，JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。 就是因为有JVM的存在，Java才能够拥有跨平台运行的能力，一次编译，到处运行，反观C++这类语言，需要到处编译才能运行，因为它本身是和操作系统强关联的一门语言，也没有虚拟机的概念。 当然，因为有了JVM虚拟机的存在，Java语言的复杂度也大大降低，其所付出的代价就是运行速度有所下降，离开JVM虚拟机谈Java是没有意义的，学好JVM是学好一切Java技术的前提。 ## 如何学习JVM虚拟机 ### JVM虚拟机就在我们的身边 第一次听说JVM虚拟机这个东西，还是在一道面试题中，那时候我完全不知道这是个啥玩意啊，后来我买了一本号称JVM圣经的书《深入理解JVM虚拟机》才有幸知道，原来JVM虚拟机就运行在我们的电脑中。 作为一个Java开发者，入门三件套可能就是IDE、JDK和JRE了，其实JDK就包含了JRE，而JRE（Java运行环境）也就包含了JVM虚拟机。当我们使用javac或者使用ide进行Java程序的编译或者执行时，其实就是把java代码变异成class字节码，然后扔到JVM执行。 此时我们的任务管理器里会有一个进程叫做java，这个进程就可以理解为JVM程序，而这个进程里还有很多子线程，分别负责执行代码，垃圾回收等等。 很多时候我们压根不知道JVM虚拟机是个啥，自然也不能很好地学习它，一旦我们了解了它的本质，后面的东西学习起来也就不会那么痛苦了。 ## 初探JVM面试题 有很多程序员第一次听说JVM可能是在面试的时候，关于JVM的面试题其实也不少，这里举例一些比较热门的面试题型，比如“JVM的堆和栈有什么区别”、“JVM的垃圾回收算法有哪些”、“JVM的内存模型是什么样的”等等，这类题目算是比较基础的了。 这类题目，一般通过刷刷面经，也能够回答上来一些，毕竟面试官懂得也不一定比你多，所以一些面试官可能也不会深挖下去。不过如果是一些对技术考察得比较有深度的公司就不一定了，很多以Java技术栈为主的公司，特别是电商类公司，对于JVM的考察还是比较有深度的，除了阿里和美团，还有京东、唯品会、有赞、拼多多等公司。 所以，我们不妨也来看看进阶版的JVM面试题长什么样。首先，进阶版的题目主要考察深度，像是JVM的内存模型，一定会让你讲清楚每个区域是做什么的，并且会让实际的场景来问你，比如字符串变量放在哪个区域，类的元数据放在哪个区域，局部变量和全局变量又分别放在哪个区域。如果你对内存模型只是一知半解，一下子就会被面试官给识破了。 进阶版的JVM面试还喜欢考察细节，比如JVM的垃圾回收算法，停止复制，标记清除，需要你把过程讲清楚，各自的优劣讲清楚。如果这类问题对你也够不成威胁，那不妨再看看JVM垃圾回收的其他题型，“年轻代的GC是如何进行的，请讲解详细过程”很多面试者可能会简单地讲一下年轻代的回收方法。 你可能会简单地回答：“使用停止复制的方法来完成的”实际上，其实，这里面能讲的细节有很多，首先，年轻代分为eden区和survivor区，survivor区还分为from和to区，eden区存活的对象会被放到from区，而在下一次young gc后，from区和to区会交换位置，对象也会跟着搬移，从而该对象的年龄加一，当对象的年龄超过阈值时，对象就会进入老年代。 看似简单的问题居然可以答出这么多门道，这也是我在经历很多次面试之后才总结出来的经验。 ## JVM圣经《深入理解JVM虚拟机》 Java书籍千千万，但是真正能够讲清楚JVM虚拟机的书可能也只有这一本了。网上的大部分关于JVM的博客基本都是借鉴或者是参考本书的内容。 那么这本书到底讲了哪些些JVM的内容了，不妨和我一起来拆解一下。 第一部分，这本书讲了Java这门语言的历史，以及它为什么要运行在JVM上，这一点很重要，要不然开发者也会很奇怪，为什么好好的编程语言要运行在虚拟机上呢。 第二部分，本书开始介绍JVM的核心概念，那就是内存模型，JVM是如何管理计算机的内存的，又是如何划分这些区域的，毕竟Java里的类型和变量那么多，确实不好管理。 第三部分，是这本书比较难的一部分，它开始介绍Java代码的运行原理，那就是要先把java代码编译成字节码，然后才能在JVM上执行，而Java代码又是由一个个类组成的，所以文章要介绍JVM虚拟机是如何加载这些类的，这里面有很多新颖的概念，值得我们去探索。 第四部分，程序编译和代码优化，这部分内容其实比较冷门，但实际上是很复杂的，这里面提到了很多JVM对于程序执行的优化，包括编译期的优化和运行期的优化，优化的目的是让Java程序更高效地运行，了解了这部分内容之后，你一定会对JVM虚拟机的设计产生崇敬之情。 第五部分，主要介绍了JVM对Java多线程的支持，Java中的多线程自然也是基于JVM进行设计和实现的，其中就涉及到了我们常用的锁，这里主要介绍的是synchronized，它的本质是互斥锁，但是随着JVM对于重量级锁synchronized的优化，它也逐渐开始支持轻量级锁和偏向锁。 可以说，本书全程都是精华，基本上都是重点，考试会考，当然其中也有一些内容比较冷门，不怎么受面试官待见。但是这本书基本上把JVM里我们需要掌握的知识都讲清楚了，对于JVM的理论学习，这一本书足矣。 ## JVM调优实战 讲完了理论，终于到了实战的部分。 JVM知识整体看来是一个偏理论的知识模块，似乎能实践的东西不多，但实际上，JVM方面能实践的东西可不少，比如JVM调优，JVM的GC分析以及内存分析，都是面试官很喜欢考察的实践能力。 接下来的部分，我们就来讲讲JVM实战的内容。 在一些高级Java面试中，关于JVM的问题可能就会涉及到JVM调优和实践上了，比如你有没有遇到过OOM或者内存泄漏，你是怎么发现它们的，又或者，GC过于频繁，我们应该如何进行排查。 总之，这类问题都是立足于实践，考察的就是候选人的实践经验，这对于平时一直CRUD，连服务器都没怎么碰过的朋友来说，确实是一个不小的挑战。 那咋办呢，其实办法也不是没有，毕竟我就是一个没有JVM实践经验的小白，之前我对于这方面的复习主要是通过几个方法。 找一些比较知名的JVM调优工具，试用一下，比如Jprofile，还有JDK自带的jmap jstack等等。把这些工具都拿来用于自己的程序测试，写几个oom或者是内存泄漏的程序，看看工具里都会出现什么情况，这就是其中一种不错的学习方法。 但是有人会说，很多面试题都是要有高并或者高负载的场景，平时自己的代码根本不会出现这种问题，那怎么办呢，其实也有办法，网上对于这类调优面试题其实也有很多分享，针对某一种场景如何调优，操作步骤应该是怎样的，其实都能从别人的文章中找到一些答案，这样，即使你平时工作没有这类实践，也可以通过学习JVM调优实战的文章来进行复习，其实道理都是一样的。 ## 推荐资源 ### 书籍 《深入理解JVM虚拟机》 ### 视频 我整理了一些JVM方面的学习视频，分享给大家，其实这方面的视频资源并不多，毕竟大多数视频还是讲项目或者基础为主，能把JVM虚拟机讲透讲好的人确实不多。 ### 博客 Java技术仓库《Java程序员复习指南》 https://github.com/h2pl/Java-Tutorial 整合全网优质Java学习内容，帮助你从基础到进阶系统化复习Java ### 面试指南 全网最热的Java面试指南，共200多页，非常实用，不管是用于复习还是准备面试都是不错的。 ### 总结 关于如何学习JVM虚拟机，并且搞定相关面试题，我们今天就讲到这里了，如果还有什么疑问也可以到我公众号【程序员黄小斜】里找我探讨，后续会有更多的文章推出，包括如何系统性地学习JavaWeb，敬请期待。 对了，你想问我文章里提到的书籍和视频去哪找？我已经给你准备好了 > 文中提到的资源都可以免费领取，在我的公众号【程序员黄小斜】回复“Java并发编程”即可免费领取对应的资源。 ## 写在最后 如果觉得本文对你有帮助的话，请你也不要吝啬你的“好看”哈，转发朋友圈就是对我最大的支持啦，你们的支持是对我最大的鼓励。 对本系列文章有什么建议和意见，也欢迎留言告诉我，期待你的回馈。