持续总结中！2024年面试必问 100 道 Java基础面试题（四十一）

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八十一、Java内存模型是什么？

Java内存模型（Java Memory Model, JMM）是Java虚拟机（JVM）的一个核心概念，它定义了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在并发环境下，如何保证这些变量的内存一致性。JMM是Java并发编程的基础，它解决了多线程环境下的内存一致性问题。

Java内存模型的主要目标

1. 定义主内存与工作内存：JMM定义了主内存（Main Memory）和工作内存（Working Memory）。主内存是所有线程共享的内存区域，用于存储共享变量。工作内存是每个线程独立的内存区域，线程对共享变量的操作首先在工作内存中进行，然后再与主内存同步。

2. 保证内存一致性：在并发编程中，JMM确保在不同的线程间，对共享变量的读写操作能够按照预期的顺序执行，从而保证多线程环境下的内存一致性。

3. 定义原子性、可见性和有序性：JMM规定了哪些操作是原子操作，以及线程如何感知其他线程中共享变量的更改（可见性），以及线程如何保证操作的有序性。

原子性、可见性和有序性

1. 原子性：原子性是指一个操作或者一系列操作在执行过程中不会被其他线程中断。

2. 可见性：可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即看到这个修改。

3. 有序性：有序性是指在程序中，按照代码的先后顺序执行操作。

同步块和锁

1. 同步块：Java中的synchronized关键字可以用来创建同步块，确保同一时刻只有一个线程可以执行该代码块。

2. 锁：在JMM中，锁提供了一种机制，确保原子性、可见性和有序性。当线程持有锁时，其他线程必须等待直到锁被释放。

内存屏障

1. 内存屏障：JMM通过内存屏障（Memory Barrier）来禁止特定类型的编译器和处理器重排序，确保指令的执行顺序。

与硬件的交互

1. 控制硬件行为：JMM还定义了JVM应该如何与底层硬件交互，以确保即使在不同的硬件和操作系统上，Java程序的内存一致性行为也是相同的。

示例代码

public class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}public int getCount() {return count;}
}

在这个示例中，Counter类的increment方法是同步的，这意味着在同一时间只能有一个线程进入这个方法。这保证了count变量的原子性、可见性和有序性。

注意事项

• 并发编程的复杂性：JMM的引入增加了并发编程的复杂性，但同时也提供了强大的控制手段。
• 理解JMM：深入理解JMM对于编写正确的并发程序至关重要。
• 使用并发库：Java提供了一些并发库（如java.util.concurrent包），它们基于JMM构建，可以简化并发编程。

总结来说，Java内存模型是Java并发编程的核心，它定义了多线程环境下的内存一致性规则，帮助开发者理解并控制线程之间的内存交互。

八十二、Java中的垃圾回收机制是如何工作的？

Java中的垃圾回收（Garbage Collection, GC）机制是一种自动内存管理功能，它负责监控程序使用内存的情况，自动回收不再使用的对象，从而防止内存泄漏和节省内存资源。以下是Java垃圾回收机制的详细解释：

对象创建和内存分配

1. 当Java程序创建对象时，它们被分配到堆内存中。堆内存被分为不同的区域，如新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation，Java 8之后被元空间取代）。

2. 新生代是新对象的初始分配区域，它进一步分为Eden区、两个Survivor区（S0和S1）。

对象的生命周期

1. 新生代：新对象首先在Eden区分配。当Eden区满时，触发一次Minor GC，将存活的对象复制到一个Survivor区。

2. Survivor区：在Eden区发生GC后，存活的对象被移动到Survivor区。如果对象在Survivor区再次经过GC仍然存活，它们将被提升到老年代。

3. 老年代：老年代用于存放长寿命的对象，当老年代空间不足时，会触发Full GC（或Major GC），对整个堆内存进行垃圾回收。

垃圾回收算法

1. 标记-清除：这是最基本的GC算法，它首先标记所有需要回收的对象，然后清除这些被标记的对象。

2. 复制算法：在新生代中使用，它将内存分为两个区域，每次只使用一个区域。垃圾回收时，将存活的对象复制到另一个区域，并清空当前区域。

3. 标记-整理：在老年代中使用，它结合了标记-清除算法，同时移动存活对象，以减少内存碎片。

4. 分代收集：基于对象的生命周期，将对象分配到不同的代中，新生代和老年代使用不同的垃圾回收策略。

垃圾回收器

1. Serial GC：单线程的垃圾回收器，适用于小型应用。

2. Parallel GC：使用多个线程进行垃圾回收，适用于多核处理器。

3. Concurrent Mark Sweep (CMS)：并发标记清除垃圾回收器，旨在减少GC暂停时间。

4. G1 (Garbage-First)：一种服务器端的垃圾回收器，旨在替代CMS，它将堆分割成多个小块，可以更灵活地进行垃圾回收。

如何触发垃圾回收

1. 显式触发：通过调用System.gc()可以建议JVM进行垃圾回收，但JVM可以选择忽略这个建议。

2. 隐式触发：当堆内存不足时，JVM会自动触发垃圾回收。

注意事项

• 性能影响：虽然垃圾回收可以自动管理内存，但频繁的GC会降低程序性能。

• 对象引用：对象的生命周期不仅取决于是否被引用，还取决于引用的强度（如强引用、软引用、弱引用）。

• 内存泄漏：未能正确释放不再使用的对象引用会导致内存泄漏。

• 监控和调优：可以通过JVM监控工具来观察GC行为，并根据需要调整垃圾回收策略。

总结来说，Java的垃圾回收机制通过自动监测内存使用情况并回收不再使用的对象来管理工作内存。了解垃圾回收的工作原理和垃圾回收器的行为对于编写高效的Java程序和进行性能调优非常重要。

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