JVM面试真题总结(一)

news2024/11/23 13:00:01

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Java主要是解释执行还是编译执行?请说明理由

Java既是解释执行的,也是编译执行的,它采用了一种折中的方式。

首先,Java源代码(.java文件)会被Java编译器编译成字节码文件(.class文件)。

  • 这个过程是编译过程。

然后,当我们运行Java程序时,Java虚拟机(JVM)会通过类加载器(ClassLoader)加载这个字节码文件。

  • 加载后,Java虚拟机内置的解释器会解释执行这个字节码。

但是,为了提高执行效率,Java虚拟机还会使用即时编译器(JIT,Just-In-Time Compiler

  • 把经常执行的字节码片段(热点代码)编译成与特定硬件平台相关的机器码来执行,这个过程叫做即时编译

所以,我们可以说Java既是解释执行的,也是编译执行的。

JIT(即时编译)是什么?

JIT是Just-In-Time的缩写,翻译为即时编译器。

  • 它是一种用于提升程序运行速度的编译方式
  • 广泛应用于Java虚拟机(JVM)以及一些JavaScript引擎中。

在Java中,源代码首先被编译成字节码,字节码在运行时可以被JVM解释执行

  • 这种方式可以保证Java程序的跨平台性。

但是每次运行时都解释字节码,效率相对较低。为了提高执行速度,JVM采用了JIT技术。

JIT编译器会在运行时将字节码编译成特定硬件平台的机器码,这样可以直接由CPU执行,大大提高了执行效率。

  • 并且,JIT编译器通常会采用一些优化策略
    • 例如内联(inlining),循环展开(loop unrolling)等,以进一步提高执行速度。

另外,JIT编译器并不是一开始就把所有字节码都编译成机器码,而是采用一种称为热点探测的技术

  • 只编译那些被频繁执行的代码(即热点代码)。

这样可以使编译工作集中在对程序性能影响最大的部分,进一步提高了整体的执行效率。

什么是指令重排序?

指令重排序是计算机科学中的一种优化技术,主要用于提高处理器的性能。

在执行程序时,处理器可能会改变指令的执行顺序,这就是所谓的指令重排序。

举个例子,假设我们有以下三条指令:

  • A:读取数据X

  • B:执行某种运算

  • C:写入数据Y

在原始的顺序中,这三条指令是按照A->B->C的顺序执行的。

但是如果B指令的运算并不依赖于A指令读取的数据,那么处理器就可以先执行B指令,再执行A指令

  • 也就是说重排序后的执行顺序是B->A->C

这种重排序可以有效地利用处理器资源,避免处理器在等待某些操作(例如内存读取)完成时处于闲置状态

  • 从而提高处理器的运行效率。

然而,指令重排序也可能导致一些问题。

例如,在多线程环境中,如果两个线程都在访问和修改同一块内存,那么指令重排序可能会导致数据不一致的问题。

  • 因此,为了保证正确性,我们需要使用一些同步机制(例如Java中的volatile关键字)来防止指令重排序。

指令重排序有哪些类型?解释一下过程?

指令重排序主要分为以下三种类型:

编译器优化的重排序:

编译器在不改变单线程程序语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。

指令级并行的重排序:

  • 现代多核处理器采用了指令级并行技术(Instruction-Level Parallelism,简称ILP)来提升性能
  • 处理器会对输入的指令进行动态重排序,然后把多条指令并行(或者说同时)输出执行。

内存系统的重排序:

  • 由于处理器使用缓存和读/写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

指令重排序的过程大致如下:

  • 首先,源代码在编译的过程中,编译器可能会进行优化,改变程序中语句的执行顺序。

  • 然后,编译后的代码在执行的过程中,如果处理器采用了指令级并行技术

    • 那么处理器可能会对指令进行动态重排序,同时执行多条指令。

最后,由于处理器使用了缓存和读/写缓冲区,实际的内存读/写操作的顺序可能会与原始的程序顺序不同。

需要注意的是,虽然指令重排序可以提高处理器的执行效率

  • 但在多线程环境下,如果没有适当的同步措施,可能会导致程序行为的不确定性。
  • 因此,Java内存模型规定了一些happens-before规则,用来约束指令的重排序
    • 以保证多线程环境下的程序正确性。

如何阻止指令重排序?给出方法

在多线程环境中,指令重排序可能会导致一些不可预见的问题

  • 因此我们需要使用一些同步机制来避免指令重排序。

在Java中,volatile关键字可以用来防止指令重排序。

当一个变量被声明为volatile时,Java内存模型将确保所有对该变量的读/写操作都不会被重排序。

  • 这是因为volatile关键字为变量的读/写操作添加了内存屏障,这些内存屏障可以防止指令重排序。

Synchronized关键字如何防止指令重排序?其实现机制是什么?

synchronized 可以保证有序性,但是无法防止指令重排

  • 如果要防止指令重排,得使用 volatile 关键字。

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