一.JVM
1.JVM，JRE，JDK的关系
Java 虚拟机（Java Virtual Machine, JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机
JRE 是运行已编译 Java 程序所需的环境，主要包含以下两个部分：
- JVM : 也就是我们上面提到的 Java 虚拟机。
- Java 基础类库（Class Library）：一组标准的类库，提供常用的功能和 API（如 I/O 操作、网络通信、数据结构等）。
JDK（Java Development Kit）是一个功能齐全的 Java 开发工具包，供开发者使用，用于创建和编译 Java 程序。它包含了 JRE（Java Runtime Environment），以及编译器 javac 和其他工具，如 javadoc（文档生成器）、jdb（调试器）、jconsole（监控工具）、javap（反编译工具）等。
2. JVM包含哪几部分？
JVM 主要由四大部分组成：ClassLoader（类加载器），Runtime Data Area（运行时数据区，内存分区），Execution Engine（执行引擎）（命令解释器），Native Interface（本地库接口）
我们来看看执行过程：首先需要准备好编译好的 Java 字节码文件（即class文件），计算机要运行程序需要先通过一定方式（类加载器）将 class 文件加载到内存中（运行时数据区），但是字节码文件是JVM定义的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解释器（执行引擎）将字节码翻译成特定的操作系统指令集交给 CPU 去执行，这个过程中会需要调用到一些不同语言为 Java 提供的接口（例如驱动、地图制作等），这就用到了本地 Native 接口（本地库接口）。
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Runtime Data Area：是存放数据的，分为五部分：Stack（虚拟机栈），Heap（堆），Method Area（方法区），PC Register（程序计数器），Native Method Stack（本地方法栈）。几乎所有的关于 Java 内存方面的问题，都是集中在这块。
3.Java程序是怎么运行的
写好的 Java 源代码文件经过 Java 编译器编译成字节码文件后，通过类加载器加载到内存中，才能被实例化，然后到 Java 虚拟机中解释执行，最后通过操作系统操作 CPU 执行获取结果。
① 类加载器
如果 JVM 想要执行这个 .class 文件，我们需要将其装进一个 类加载器 中，它就像一个搬运工一样，会把所有的 .class 文件全部搬进 JVM 里面来。
② 方法区
方法区 是用于存放类似于元数据信息方面的数据的，比如类信息，常量，静态变量，编译后代码···等
类加载器将 .class 文件搬过来就是先丢到这一块上
③ 堆
堆 主要放了一些存储的数据，比如对象实例，数组···等，它和方法区都同属于 线程共享区域 。也就是说它们都是 线程不安全 的
④ 栈
栈 这是我们的代码运行空间。我们编写的每一个方法都会放到 栈 里面运行。
我们会听说过 本地方法栈 或者 本地方法接口 这两个名词，不过我们基本不会涉及这两块的内容，它俩底层是使用 C 来进行工作的，和 Java 没有太大的关系。
⑤ 程序计数器
主要就是完成一个加载工作，类似于一个指针一样的，指向下一行我们需要执行的代码。和栈一样，都是 线程独享 的，就是说每一个线程都会有自己对应的一块区域而不会存在并发和多线程的问题。
4.JVM内存分布图：
5.本地方法栈有什么用？
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。
6.启动程序如何看加载了哪些类，以及加载顺序?
类从被加载到虚拟机内存中开始到卸载出内存为止，它的整个生命周期可以简单概括为 7 个阶段：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）家宴贝姐厨师鞋
7. 谈谈JVM的类加载器，以及双亲委派模型
类加载器（Class Loader）是Java虚拟机（JVM）中用于将类文件加载到内存中的组件。它负责找到类文件（通常是.class文件），然后将其转换为JVM可以使用的类对象。
当一个类收到了加载请求时，它是不会先自己去尝试加载的，而是委派给父类去完成，比如我现在要 new 一个 Person，这个 Person 是我们自定义的类，如果我们要加载它，就会先委派 App ClassLoader ，只有当父类加载器都反馈自己无法完成这个请求（也就是父类加载器都没有找到加载所需的 Class）时，子类加载器才会自行尝试加载。
这样做的好处是，比如加载位于 rt.jar 包中的类时不管是哪个加载器加载，最终都会委托到 BootStrap ClassLoader 进行加载，这样保证了使用不同的类加载器得到的都是同一个结果。
8.垃圾回收机制
1.哪些内存需要回收
图中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，3 个区域随着线程的生存而生存的。内存分配和回收都是确定的。随着线程的结束内存自然就被回收了，因此不需要考虑垃圾回收的问题。而 Java 堆和方法区则不一样，各线程共享，内存的分配和回收都是动态的。因此垃圾收集器所关注的都是堆和方法这部分内存。
2.怎么判断一个垃圾
1.引用计数器计算：给对象添加一个引用计数器，每次引用这个对象时计数器加一，引用失效时减一，计数器等于 0 时就是不会再次使用的。不过这个方法有一种情况就是出现对象的循环引用时 GC 没法回收。
2.可达性分析计算：这是一种类似于二叉树的实现，将一系列的 GC ROOTS 作为起始的存活对象集，从这个节点往下搜索，搜索所走过的路径成为引用链，把能被该集合引用到的对象加入到集合中。搜索当一个对象到 GC Roots 没有使用任何引用链时，则说明该对象是不可用的。主流的商用程序语言，例如 Java，C#等都是靠这招去判定对象是否存活的。
补充：哪些是GC Roots
- 虚拟机栈（栈帧中的本地方法表）中引用的对象（局部变量）
- 方法区中静态变量所引用的对象（静态变量）
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈（即 native 修饰的方法）中 JNI 引用的对象（JNI 是 Java 虚拟机调用对应的 C 函数的方式，通过 JNI 函数也可以创建新的 Java 对象。且 JNI 对于对象的局部引用或者全局引用都会把它们指向的对象都标记为不可回收）
- 已启动的且未终止的 Java 线程
3.垃圾回收算法
1.标记-清除算法：
标记-清除（Mark-and-Sweep）算法分为“标记（Mark）”和“清除（Sweep）”阶段：首先标记出所有不需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有没有被标记的对象。
问题：
- 效率问题：标记和清除两个过程效率都不高。
- 空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。
2.复制算法：
为了解决标记-清除算法的效率和内存碎片问题，复制（Copying）收集算法出现了。它可以将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。
3.标记-整理算法
标记-整理（Mark-and-Compact）算法是根据老年代的特点提出的一种标记算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
由于多了整理这一步，因此效率也不高，适合老年代这种垃圾回收频率不是很高的场景。
4.分代-收集算法
当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将 Java 堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。
比如在新生代中，每次收集都会有大量对象死去，所以可以选择“复制”算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。
9.如何进行JVM调优
1.JVM调优参数
1.调整最大堆内存和最小堆内存
-Xmx –Xms：指定 java 堆最大值（默认值是物理内存的 1/4(<1GB)）和初始 java 堆最小值（默认值是物理内存的 1/64(<1GB)）
默认(MinHeapFreeRatio 参数可以调整)空余堆内存小于 40%时，JVM 就会增大堆直到-Xmx 的最大限制.，默认(MaxHeapFreeRatio 参数可以调整)空余堆内存大于 70%时，JVM 会减少堆直到 -Xms 的最小限制。简单点来说，你不停地往堆内存里面丢数据，等它剩余大小小于 40%了，JVM 就会动态申请内存空间不过会小于-Xmx，如果剩余大小大于 70%，又会动态缩小不过不会小于–Xms。
2.-XX:NewRatio
调整新生代和老年代的比值，例如：-XX:NewRatio=4，表示新生代:老年代=1:4，即新生代占整个堆的 1/5。在 Xms=Xmx 并且设置了 Xmn 的情况下，该参数不需要进行设置。
3.-XX:SurvivorRatio（幸存代）--- 设置两个 Survivor 区和 eden 的比
4.-XX:NewSize --- 设置年轻代大小 -XX:MaxNewSize --- 设置年轻代最大值
5.-XX:PermSize -XX:MaxPermSize
设置永久区的大小
2.jvm调优工具
jdk自带的监控工具
jconsole：对jvm的内存，线程，类监控
jvisualvm：jdk自带的分析工具
10.JVM内存：
1.堆：
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作 GC 堆（Garbage Collected Heap）。从垃圾回收的角度，由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以 Java 堆还可以细分为：新生代和老年代；
在 JDK 7 版本及 JDK 7 版本之前，堆内存被通常分为下面三部分：
- 新生代内存(Young Generation)
- 老生代(Old Generation)
- 永久代(Permanent Generation)
新生代内存分为Eden 区、两个 Survivor 区 S0 和 S1 JDK 8 版本之后 PermGen(永久代) 已被 Metaspace(元空间) 取代，元空间使用的是本地内存
二.并发编程
1.什么是线程和进程
线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间做切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。
2.什么是并发的三大特性
并发编程中的三大特性是原子性、可见性和有序性。这些特性是为了确保在多线程环境下，程序的正确性和一致性。
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原子性：指一个操作是不可分割的，要么全部执行，要么不执行。原子性确保了在多线程环境下，操作不会因为线程切换而被中断。
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可见性：指一个线程对共享变量的修改，其他线程能够立即看到。可见性可以通过同步机制（如锁、volatile关键字等）来保证。
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有序性：指程序执行的顺序按照代码的顺序进行。有序性可以通过内存屏障、锁等机制来保证，从而避免指令重排序对程序正确性的影响。
这些特性共同作用，确保了并发程序在多线程环境下的正确性和可靠性。
3.JMM是什么
JMM是java内存模型，是 Java 定义的并发编程相关的一组规范。并发编程下，像 CPU 多级缓存和指令重排这类设计可能会导致程序运行出现一些问题，所以我们需要JMM
1.CPU多级缓存模型
是CPU多级缓存模型，内存中的数据就先被读进缓存中，CPU直接处理缓存中的数据，再写回内存，在多线程的背景下，存在内存缓存不一致的情况。
为解决这一问题，使用volatile关键字修饰的共享变量，在数据修改后，将修改后的数据立即写回
系统内存，并且写回操作会开启MESI缓存一致性协议，其他CPU通过总线嗅探机制感知数据变化
更新缓存中的数据
