JVM面试真题总结（一）

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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?