字节面试准备

Java 基础

锁和锁的状态

偏向锁自旋锁轻量级锁重量级锁 HashMap 扩容

JDK1.7之前JDK 1.8 之后 JVM

JVM架构图JVM内存模型GC

JVM GC时候核心参数GC 日志分析三种基本的GC算法根可达性算法垃圾回收器

Java中，锁分大致可分为4种. 偏向锁，轻量级锁，重量级锁

在java内存模型中，每个对象都有一个对象头。Java对象头里的Mark Word里默认存储对象的HashCode，分代年龄和锁标记位。

大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得。一般锁的获取都是由同一个线程来操作的。在这种情况下如果不断地进行线程的阻塞或者释放是非常浪费的。所以Java语言就引入了偏向锁的概念。在同一个线程多次尝试获取锁的时候，会直接将锁分给当前线程，不进行加锁过程。

偏向锁加锁具体过程：

在线程尝试获取锁的时候，会查看当前锁对象头的偏向锁信息。如果是偏向锁并且线程为当前线程，则会直接让当前线程获取锁权限，不进行加锁。
如果为偏向锁状态但是是别的线程，则会进行锁升级，升级为自旋锁
如果为无锁状态，则会设置为偏向锁，并且将偏向线程id记录为当前线程id，以便下一次该线程访问直接进入

偏向锁解锁

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制。所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word，要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。

自旋锁是一种锁的实现方式

线程的阻塞和唤醒需要CPU从用户态转为核心态，频繁的阻塞和唤醒对CPU来说是一件负担很重的工作。同时我们可以发现，很多对象锁的锁定状态只会持续很短的一段时间，例如整数的自加操作，在很短的时间内阻塞并唤醒线程显然不值得，为此引入了自旋锁。

所谓“自旋”，就是让线程去执行一个无意义的循环，循环结束后再去重新竞争锁，如果竞争不到继续循环，循环过程中线程会一直处于running状态，但是基于JVM的线程调度，会出让时间片，所以其他线程依旧有申请锁和释放锁的机会。

自旋锁省去了阻塞锁的时间空间（队列的维护等）开销，但是长时间自旋就变成了“忙式等待”，忙式等待显然还不如阻塞锁。所以自旋的次数一般控制在一个范围内，例如10,100等，在超出这个范围后，自旋锁会升级为阻塞锁。

加锁

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，则自旋获取锁，当自旋获取锁仍然失败时，表示存在其他线程竞争锁(两条或两条以上的线程竞争同一个锁)，则轻量级锁会膨胀成重量级锁。

解锁

轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作来将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示同步过程已完成。如果失败，表示有其他线程尝试过获取该锁，则要在释放锁的同时唤醒被挂起的线程。

重量锁在JVM中又叫对象监视器（Monitor），它很像C中的Mutex，除了具备Mutex(0|1)互斥的功能，它还负责实现了Semaphore(信号量)的功能，也就是说它至少包含一个竞争锁的队列，和一个信号阻塞队列（wait队列），前者负责做互斥，后一个用于做线程同步。

HashMap在插入的元素数量过多的情况下，会进行hash扩容。
这个插入的元素数量过多的定义为：数组长度系数。系数默认为0.75；
扩容会将table长度2，并且重新计算内部元素所在table的下标。

扩容采用头插法，新table中链表的顺序和旧列表中是相反的。链表在多线程下可能导致环状链表的问题。

采用尾插法。
确定元素所在下标的方法为：hash&(length-1)；由于length是二的N次幂，则length-1在二进制下有效位全为1，方便进行位运算
扩容后数组长度×2，在二进制下表示就是多了一位，length-1自然也是多一位.那么hash&(length-1)就会有两种结果，跟之前一样，或者是之前的二倍。方便定位元素所在table的下标

堆，栈，方法区，本地方法区->运行时常量池，程序计数器，

方法区：所有类级别数据将被存储在这里，包括静态变量。每个JVM只有一个方法区，它是一个共享的资源。

堆：存放对象的地方。所有线程共享一个堆内存。会出现并发问题

栈：对每个线程会单独创建一个运行时栈。对每个函数呼叫会在栈内存生成一个栈帧(Stack frame)。所有的局部变量将在栈内存中创建。栈区是线程安全的，因为它不是一个共享资源。栈帧被分为三个子实体：

a 局部变量数组 – 包含多少个与方法相关的局部变量并且相应的值将被存储在这里。

b 操作数栈 – 如果需要执行任何中间操作，操作数栈作为运行时工作区去执行指令。

c 帧数据 – 方法的所有符号都保存在这里。在任意异常的情况下，catch块的信息将会被保存在帧数据里面。如上是JVM三大核心区域

JVM内存划分为堆内存和非堆内存，堆内存分为年轻代（Young Generation）、老年代（Old Generation），非堆内存就一个永久代（Permanent Generation）在1.7之后将其变为了元空间。把对象根据存活概率进行分类，采用分代回收机制，从而减少扫描垃圾时间及GC频率。

年轻代又分为Eden和Survivor区。Survivor区由FromSpace和ToSpace组成。Eden区占大容量，Survivor两个区占小容量，默认比例是8:1:1。From和To是主要为了解决内存碎片化。

堆内存用途：存放的是对象，垃圾收集器就是收集这些对象，然后根据GC算法回收。

非堆内存用途：永久代，也称为方法区，存储程序运行时长期存活的对象，比如类的元数据、方法、常量、属性等。

在JDK1.8版本废弃了永久代，替代的是元空间（metaSpace），元空间与永久代上类似，都是方法区的实现，他们最大区别是：元空间并不在JVM中，而是使用本地内存。有了元空间就不再会出现永久代OOM问题了！

元空间注意有两个参数：

metaspaceSize：初始化元空间大小，控制发生GC阈值

MaxmetaspaceSize： 限制元空间大小上限，防止异常占用过多物理内存

-XX:NewRatio:是年老代 新生代相对的比例，比如NewRatio=2，表明年老代是新生代的2倍。老年代占了heap的2/3，新生代占了1/3–XX:SurvivorRatio: Eden区占整个堆内存的百分比，默认为8，即伊甸区占80%；–XX:NewSize： 新生代所占用大小，可以跟-XX:NewRatio同时设置–XX:MaxNewSize : 新生代最大大小.可以跟-XX:NewRatio同时设置

当-XX:NewRatio与–XX:NewSize以及–XX:MaxNewSize同时设置时，会尽量满足比例，然后不会小于–XX:NewSize同时不会大于–XX:MaxNewSize

（2）JVM的GC日志Full GC日志每个字段彻底详解

[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 984K->425K(2048K)] [ParOldGen:7129K->7129K(7168K)] 8114K->7555K(9216K), [metaspace:2613K->2613K(1056768K)], 0.1022588 secs] [Times: user=0.56 sys=0.02,real=0.10 secs]

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 425K->425K(2048K)][ParOldGen: 7129K->7129K(7168K)] 7555K->7555K(9216K), [metaspace:2613K->2613K(1056768K)], 0.1003696 secs] [Times: user=0.64 sys=0.03,real=0.10 secs]

[Full GC（表明是Full GC） (Ergonomics) [PSYoungGen:FullGC会导致新生代Minor GC产生]984K->425K(2048K)][ParOldGen:（老年代GC）7129K（GC前多大）->7129K（GC后，并没有降低内存占用，因为写的程序不断循环一直有引用）(7168K) （老年代总容量）] 8114K（GC前占用整个Heap空间大小）->7555K （GC后占用整个Heap空间大小） (9216K) （整个Heap大小，JVM堆的大小）, [metaspace: （java6 7是permanentspace，java8改成metaspace，类相关的一些信息） 2613K->2613K(1056768K) （GC前后基本没变，空间很大）], 0.1022588 secs（GC的耗时，秒为单位）] [Times: user=0.56 sys=0.02, real=0.10 secs]（用户空间耗时，内核空间耗时，真正的耗时时间）

标记清除算法复制算法标记整理算法

查找对象是否可用的方法，之前是引用计数法。但是因为会出现循环引用，所以改为了根可达性算法.

在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：
(1). 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。

(2). 方法区中的类静态属性引用的对象。

(3). 方法区中常量引用的对象。

(4). 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。