五分鐘學Java：如何學習Java面試必考的JVM虛擬機

2020 年 3 月 18 日
筆記

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本文首發於微信公眾號【程式設計師黃小斜】

本文作者：黃小斜

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為什麼要學習JVM虛擬機

最近的你有沒有參加Java面試呢？你有沒有發現，Java面試中總是愛考一類問題，那就是JVM虛擬機，為什麼面試官這麼愛考察JVM的問題呢，這是因為，所有的Java程式本質上都是運行在JVM之上的，沒有JVM虛擬機，也就沒有Java語言的執行環境，只有掌握了JVM虛擬機的相關知識，你才能說你懂Java，否則就像一個只會玩手機的人說自己壓根不懂Android作業系統一樣。

根據百度百科的介紹，JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機）的縮寫，JVM是一種用於計算設備的規範，它是一個虛構出來的電腦，是通過在實際的電腦上模擬模擬各種電腦功能來實現的。引入Java語言虛擬機後，Java語言在不同平台上運行時不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機屏蔽了與具體平台相關的資訊，使得Java語言編譯程式只需生成在Java虛擬機上運行的目標程式碼（位元組碼），就可以在多種平台上不加修改地運行。

就是因為有JVM的存在，Java才能夠擁有跨平台運行的能力，一次編譯，到處運行，反觀C++這類語言，需要到處編譯才能運行，因為它本身是和作業系統強關聯的一門語言，也沒有虛擬機的概念。

當然，因為有了JVM虛擬機的存在，Java語言的複雜度也大大降低，其所付出的代價就是運行速度有所下降，離開JVM虛擬機談Java是沒有意義的，學好JVM是學好一切Java技術的前提。

如何學習JVM虛擬機

JVM虛擬機就在我們的身邊

第一次聽說JVM虛擬機這個東西，還是在一道面試題中，那時候我完全不知道這是個啥玩意啊，後來我買了一本號稱JVM聖經的書《深入理解JVM虛擬機》才有幸知道，原來JVM虛擬機就運行在我們的電腦中。

作為一個Java開發者，入門三件套可能就是IDE、JDK和JRE了，其實JDK就包含了JRE，而JRE（Java運行環境）也就包含了JVM虛擬機。當我們使用javac或者使用ide進行Java程式的編譯或者執行時，其實就是把java程式碼變異成class位元組碼，然後扔到JVM執行。

此時我們的任務管理器里會有一個進程叫做java，這個進程就可以理解為JVM程式，而這個進程里還有很多子執行緒，分別負責執行程式碼，垃圾回收等等。

很多時候我們壓根不知道JVM虛擬機是個啥，自然也不能很好地學習它，一旦我們了解了它的本質，後面的東西學習起來也就不會那麼痛苦了。

初探JVM面試題

有很多程式設計師第一次聽說JVM可能是在面試的時候，關於JVM的面試題其實也不少，這裡舉例一些比較熱門的面試題型，比如「JVM的堆和棧有什麼區別」、「JVM的垃圾回收演算法有哪些」、「JVM的記憶體模型是什麼樣的」等等，這類題目算是比較基礎的了。

這類題目，一般通過刷刷面經，也能夠回答上來一些，畢竟面試官懂得也不一定比你多，所以一些面試官可能也不會深挖下去。不過如果是一些對技術考察得比較有深度的公司就不一定了，很多以Java技術棧為主的公司，特別是電商類公司，對於JVM的考察還是比較有深度的，除了阿里和美團，還有京東、唯品會、有贊、拼多多等公司。

所以，我們不妨也來看看進階版的JVM面試題長什麼樣。首先，進階版的題目主要考察深度，像是JVM的記憶體模型，一定會讓你講清楚每個區域是做什麼的，並且會讓實際的場景來問你，比如字元串變數放在哪個區域，類的元數據放在哪個區域，局部變數和全局變數又分別放在哪個區域。如果你對記憶體模型只是一知半解，一下子就會被面試官給識破了。

進階版的JVM面試還喜歡考察細節，比如JVM的垃圾回收演算法，停止複製，標記清除，需要你把過程講清楚，各自的優劣講清楚。如果這類問題對你也夠不成威脅，那不妨再看看JVM垃圾回收的其他題型，「年輕代的GC是如何進行的，請講解詳細過程」很多面試者可能會簡單地講一下年輕代的回收方法。

你可能會簡單地回答：「使用停止複製的方法來完成的」實際上，其實，這裡面能講的細節有很多，首先，年輕代分為eden區和survivor區，survivor區還分為from和to區，eden區存活的對象會被放到from區，而在下一次young gc後，from區和to區會交換位置，對象也會跟著搬移，從而該對象的年齡加一，當對象的年齡超過閾值時，對象就會進入老年代。

看似簡單的問題居然可以答出這麼多門道，這也是我在經歷很多次面試之後才總結出來的經驗。

JVM聖經《深入理解JVM虛擬機》

Java書籍千千萬，但是真正能夠講清楚JVM虛擬機的書可能也只有這一本了。網上的大部分關於JVM的部落格基本都是借鑒或者是參考本書的內容。

那麼這本書到底講了哪些些JVM的內容了，不妨和我一起來拆解一下。

第一部分，這本書講了Java這門語言的歷史，以及它為什麼要運行在JVM上，這一點很重要，要不然開發者也會很奇怪，為什麼好好的程式語言要運行在虛擬機上呢。

第二部分，本書開始介紹JVM的核心概念，那就是記憶體模型，JVM是如何管理電腦的記憶體的，又是如何劃分這些區域的，畢竟Java里的類型和變數那麼多，確實不好管理。

第三部分，是這本書比較難的一部分，它開始介紹Java程式碼的運行原理，那就是要先把java程式碼編譯成位元組碼，然後才能在JVM上執行，而Java程式碼又是由一個個類組成的，所以文章要介紹JVM虛擬機是如何載入這些類的，這裡面有很多新穎的概念，值得我們去探索。

第四部分，程式編譯和程式碼優化，這部分內容其實比較冷門，但實際上是很複雜的，這裡面提到了很多JVM對於程式執行的優化，包括編譯期的優化和運行期的優化，優化的目的是讓Java程式更高效地運行，了解了這部分內容之後，你一定會對JVM虛擬機的設計產生崇敬之情。

第五部分，主要介紹了JVM對Java多執行緒的支援，Java中的多執行緒自然也是基於JVM進行設計和實現的，其中就涉及到了我們常用的鎖，這裡主要介紹的是synchronized，它的本質是互斥鎖，但是隨著JVM對於重量級鎖synchronized的優化，它也逐漸開始支援輕量級鎖和偏向鎖。

可以說，本書全程都是精華，基本上都是重點，考試會考，當然其中也有一些內容比較冷門，不怎麼受面試官待見。但是這本書基本上把JVM里我們需要掌握的知識都講清楚了，對於JVM的理論學習，這一本書足矣。

JVM調優實戰

講完了理論，終於到了實戰的部分。
JVM知識整體看來是一個偏理論的知識模組，似乎能實踐的東西不多，但實際上，JVM方面能實踐的東西可不少，比如JVM調優，JVM的GC分析以及記憶體分析，都是面試官很喜歡考察的實踐能力。
接下來的部分，我們就來講講JVM實戰的內容。

在一些高級Java面試中，關於JVM的問題可能就會涉及到JVM調優和實踐上了，比如你有沒有遇到過OOM或者記憶體泄漏，你是怎麼發現它們的，又或者，GC過於頻繁，我們應該如何進行排查。
總之，這類問題都是立足於實踐，考察的就是候選人的實踐經驗，這對於平時一直CRUD，連伺服器都沒怎麼碰過的朋友來說，確實是一個不小的挑戰。

那咋辦呢，其實辦法也不是沒有，畢竟我就是一個沒有JVM實踐經驗的小白，之前我對於這方面的複習主要是通過幾個方法。

找一些比較知名的JVM調優工具，試用一下，比如Jprofile，還有JDK自帶的jmap jstack等等。把這些工具都拿來用於自己的程式測試，寫幾個oom或者是記憶體泄漏的程式，看看工具里都會出現什麼情況，這就是其中一種不錯的學習方法。

但是有人會說，很多面試題都是要有高並或者高負載的場景，平時自己的程式碼根本不會出現這種問題，那怎麼辦呢，其實也有辦法，網上對於這類調優面試題其實也有很多分享，針對某一種場景如何調優，操作步驟應該是怎樣的，其實都能從別人的文章中找到一些答案，這樣，即使你平時工作沒有這類實踐，也可以通過學習JVM調優實戰的文章來進行複習，其實道理都是一樣的。

寫在最後

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