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美团财务科技Java后端一面：面向对象、类加载过程、全限定类名相同的类是否可以同时被加载

如何理解面向对象？

面向对象 是具有对象概念的编程范式，面向对象将程序实现分为了一个个独立的对象，各个对象之间又互相调用， 将对象作为程序的基本单元抽取出来 ，提升了可维护性、可复用性、灵活性

为何需要面向对象设计思想？

在没有面向对象的时候，随着软硬件环境逐渐复杂，代码的可维护性很差，因此急需一种设计思想来提升软件的 可维护性

而面向对象的可复用性正解决了这个问题，因此面向对象逐渐成为程序开发中的主流思想

封装、继承、多态的优势

面向对象中的核心概念为：封装、继承、多态

封装 隐藏了对象内部的实现细节，对外暴露出一个接口供其他对象使用

继承 新创建的对象继承现有对象的属性和方法，提升代码复用性

多态 允许一个类有多种不同的实现形式，解耦调用方与实现方，提升程序灵活性

Java 程序从代码编写完到程序运行起来，它经历了什么样的一个过程？

Java 程序的加载是借助于 JVM 虚拟机来进行加载的，因此这里面试官考察的是 JVM 虚拟机的类加载过程

1、编写代码：开发人员编写的代码文件为 .java 文件，

2、编译代码：Java 编译器将 .java 文件编译为二进制的 .class 文件

接下来进入到 JVM 加载 .class 文件的流程，分为加载、链接、初始化三个阶段：

加载

1、通过二进制字节流加载 class 文件

2、创建该 class 文件在方法区的运行时数据结构

3、创建字节码对象 Class 对象

链接

1、验证：目的在于确保 class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性

主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

2、准备：为类变量（即静态变量）分配内存并且设置类变量的默认初始值，即零值。

这里不包含用 final 修饰的 static 变量，因为 final 修饰的变量在编译为 class 字节码文件的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化

这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区，而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中

3、解析：将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程

事实上，解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行

符号引用就是一组符号来描述所引用的莫表。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的 Class 文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。

初始化

虚拟机在初始化阶段才真正开始执行类中编写的 Java 程序代码

初始化阶段就是执行类构造器 <clinit>() 方法的过程，<clinit>() 是 Javac 编译器自动生成的，该方法由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并生成的，如果一个类中没有静态代码块， 也没有变量赋值的动作，那么编译器可以不为这个类生成 <clinit>() 方法

之后 JVM 执行 Java 代码的 main() 方法，程序就开始执行

类是怎么被类加载器加载的？

采用双亲委派机制进行加载，JVM 在加载类的 class 文件时，Java虚拟机采用的是 双亲委派机制 ，即把请求交给父类加载器去加载

工作原理：

1. 如果一个类加载器收到了类加载请求，他并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行
2. 如果父类加载器也存在其父类加载器，则继续向上委托
3. 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；如果父类加载器无法完成类加载任务，则会由自家在其尝试自己去加载

优势：

1. 避免类的重复加载
2. 保护程序安全，防止核心API被篡改（例如，如果我们自定义一个java.lang.String类，然后我们去new String()，我们会发现创建的是jdk自带的String类，而不是我们自己创建的String类）

扩展：哪里打破了双亲委派机制？为什么要打破？

• 在实际应用中，可能存在 JDK 的基础类需要调用用户代码，例如：SPI 就打破双亲委派模式（打破双亲委派意味着上级委托下级加载器去加载类）
  • 比如，数据库的驱动，Driver 接口定义在 JDK 中，但是其实现由各个数据库的服务上提供，由系统类加载器进行加载，此时就需要 启动类加载器 委托子类加载器去加载 Driver 接口的实现

两个全限定类名相同的类可以同时被加载吗？

两个全限定类名相同的类可以同时被加载

JVM 在确定类的唯一性时，不仅考虑类的全限定名，还考虑了类加载器。这意味着，即使两个类的全限定名相同，只要它们被不同的类加载器加载，它们就被视为不同的类

这里以 Tomcat 为例来解释 ，Tomcat 是可以部署多个应用的，那么多个应用之间就可能会出现全限定类名相同的类，如果不可以同时被加载，毫无疑问应用会出现问题

因此 Tomcat 是通过自定义类加载器类 实现了可以同时加载多个全限定类名相同的类

Tomcat 会为部署的每个应用都生成一个类加载器实例：WebAppClassLoader，这样每个应用就可以使用自己的类加载器去加载自己的类，从而达到应用之间的隔离，不会出现类冲突

Tomcat 还利用了自定义加载器实现了热部署功能： 因为 class 文件是由类加载器来完成的，如果 class 文件变更了，Tomcat 就会将原来的类加载器销毁，再创建新的类加载器来加载修改后的文件，以实现热部署功能

Tomcat 打破了 JVM 的双亲委派机制： 因为 Tomcat 为了保证应用之间类的隔离性，通过 WebAppClassLoader 加载当前应用下的 class 文件，不会委派给父类加载器，打破了双亲委派机制

Tomcat 中的类加载器如下图 ，上边的 3 个是 JVM 默认的类加载器，下边的是 Tomcat 中定义的类加载器

堆和栈有什么区别？

堆 是在 JVM 启动时创建的内存区域去实现对象、数组与运行时常量的内存分配，它是虚拟机管理最大的，也是垃圾回收的主要内存区域

栈 是存储了线程执行的方法，每个方法作为一个栈帧存储，栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息

栈内存为线程私有的空间，每个方法在执行时都会创建一个栈帧，执行该方法时，就会将该方法所对应的栈帧入栈

若程序OOM，该如何处理？

首先需要拿到 堆转储快照 进行分析，查看导致 OOM 的对象是否有必要存在，并且分析清除是因为哪些对象导致了 OOM

• 如果是内存泄漏导致 OOM，可以查看泄露对象到GC Roots的引用链，找到泄露对象在哪里被引用导致无法被回收

• 如果不是内存泄漏，那么说明内存中的对象都是存活的，导致 OOM，这时应该检查虚拟机的堆内存设置是否有向上调整的空间。并且检查是否存在对象生命周期过长、存储结构不合理的情况，减少程序运行中的内存消耗。

扩展：因为存储结构不合理而导致的堆内存溢出（来自于《深入理解Java虚拟机第3版》）

举例：使用 HashMap<Long, Long> 存储大量的数据，会导致浪费大量的空间，因为 HashMap 的空间效率使用太低。

对于一个 HashMap<Long, Long>来说，有效数据只有 Key、Value 的两个 long 型数据，占 16字节，long 数据被包装为 java.lang.Long 对象后，就分别具有 8 字节的 Mark Word、8字节的 Klass 指针、8字节的 long 型数值。两个 Long 对象组成 Map.Entry 之后，又多了 16 字节的对象头、8字节的 next 字段、4字节的 int 型的 hash 字段、4字节的空白填充（为了对齐）还有 HashMap 中对这个 Entry 的 8 字节的引用，这样实际占用的内存为：(Long(24byte) * 2) + Entry(32byte) + HashMap Ref(8byte)=88byte，空间效率仅仅为 16byte / 88byte = 18%。