2022 JVM精选面试题50道

x33g5p2x  于26天前 发布在 Java  
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1、 程序计数器

保存着当前线程执行的字节码位置,每个线程工作时都有独立的计数器,只为执行Java方法服务,执行Native方法时,程序计数器为空.

2、 常用JVM基本配置参数

1、 -Xmx:最大分配内存,默认为物理内存的1/4

2、 -Xms:初始分配内存,默认为物理内存的1/64

3、 -Xss:等价于-XX:ThreadStackSize,单个线程栈空间大小,默认一般为512k-1024k,通过jinfo查看为0时,表示使用默认值

4、 -Xmn:设置年轻代大小

5、 -XX:MetaspeaceSize:设置元空间大小(默认21M左右,可以配置大一些),元空间的本质可永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现,不过元空间与永久代的最大区别在于:元空间不在虚拟机中,而是使用本地内存,因此,默认情况下,元空间大小仅受本地内存大小限制

6、 典型设置案例:-Xms128m -Xmx4096m -Xss1024k -XX:MetaspaceSize=512m -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC

7、 -XX:+PrintGCDetails:打印垃圾回收细节,打印GC: 打印Full GC:

8、 -XX:SurvivorRatio:调整Eden中survivor区比例,默认-XX:SurvivorRatio=8(8:1:1),调整为-XX:SurvivorRatio=4(4:1:1),一般使用默认值

9、 -XX:NewRatio:调整新生代与老年代的比例,默认为2(新生代1,老年代2,年轻代占整个堆的1/3),调整为-XX:NewRatio=4表示(新生代1,老年代4,年轻代占堆的1/5),一般使用默认值

10、 -XX:MaxTenuringThreshold:设置垃圾的最大年龄(经历多少次垃圾回收进入老年代),默认15(15次垃圾回收后依旧存活的对象进入老年代),JDK1.8设置必须0<-XX:MaxTenuringThreshold < 15

3、 创建对象的过程是什么?

字节码角度

NEW

如果找不到 Class 对象则进行类加载。加载成功后在堆中分配内存,从 Object 到本类路径上的所有属性都要分配。分配完毕后进行零值设置。最后将指向实例对象的引用变量压入虚拟机栈顶。

DUP:

在栈顶复制引用变量,这时栈顶有两个指向堆内实例的引用变量。两个引用变量的目的不同,栈底的引用用于赋值或保存局部变量表,栈顶的引用作为句柄调用相关方法。

INVOKESPECIAL

通过栈顶的引用变量调用 init 方法。

执行角度

当 JVM 遇到字节码 new 指令时,首先将检查该指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用,并检查引用代表的类是否已被加载、解析和初始化,如果没有就先执行类加载。

在类加载检查通过后虚拟机将为新生对象分配内存。

内存分配完成后虚拟机将成员变量设为零值,保证对象的实例字段可以不赋初值就使用。

设置对象头,包括哈希码、GC 信息、锁信息、对象所属类的类元信息等。

执行 init 方法,初始化成员变量,执行实例化代码块,调用类的构造方法,并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

4、 说说你知道的几种主要的JVM参数

1、 堆栈配置相关 -Xmx3550m:最大堆大小为3550m。-Xms3550m:设置初始堆大小为3550m。-Xmn2g:设置年轻代大小为2g。-Xss128k:每个线程的堆栈大小为128k。-XX:MaxPermSize:设置持久代大小为16m -XX:NewRatio=4: 设置年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)。-XX:SurvivorRatio=4:设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4,一个Survivor区占整个年轻代的1/6 -XX:MaxTenuringThreshold=0:设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代。

2、 垃圾收集器相关 -XX:+UseParallelGC:选择垃圾收集器为并行收集器。-XX:ParallelGCThreads=20:配置并行收集器的线程数 -XX:+UseConcMarkSweepGC:设置年老代为并发收集。-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction:由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理,所以运行一段时间以后会产生“碎片”,使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:打开对年老代的压缩。可能会影响性能,但是可以消除碎片

3、 辅助信息相关 -XX:+PrintGC 输出形式: [GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

4、 -XX:+PrintGCDetails 输出形式: [GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

5、 说说CMS垃圾收集器的工作原理

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器,其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间, 和其他年老代使用标记-整理算法不同,它使用多线程的标记-清除算法。最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验。CMS 工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂

整个过程分为以下 4 个阶段:

1、 初始标记 只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象,速度很快,仍然需要暂停所有的工作线程。

2、 并发标记 进行 GC Roots 跟踪的过程,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。

3、 重新标记 为了修正在并发标记期间,因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录,仍然需要暂停所有的工作线程。

4、 并发清除 清除 GC Roots 不可达对象,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中,垃圾收集线程可以和用户线程一起并发工作, 所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

6、 什么是Java虚拟机?为什么Java被称作是“平台无关的编程语言”?

Java虚拟机是一个可以执行Java字节码的虚拟机进程。Java源文件被编译成能被Java虚拟机执行的字节码文件。Java被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台,而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java虚拟机让这个变为可能,因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

7、 你都用过G1垃圾回收器的哪几个重要参数?

最重要的是MaxGCPauseMillis,可以通过它设定G1的目标停顿时间,它会尽量的去达成这个目标。G1HeapRegionSize可以设置小堆区的大小,一般是2的次幂。

InitiatingHeapOccupancyPercent,启动并发GC时的堆内存占用百分比。G1用它来触发并发GC周期,基于整个堆的使用率,而不只是某一代内存的使用比例,默认是45%。

再多?不是专家,就没必要要求别人也是。

8、 双亲委派机制可以被违背吗?请举例说明。

可以被违背。打破双亲委派的例子:Tomcat

对于一些需要加载的非基础类,会由一个叫作WebAppClassLoader的类加载器优先加载。等它加载不到的时候,再交给上层的ClassLoader进行加载。这个加载器用来隔绝不同应用的 .class 文件,比如你的两个应用,可能会依赖同一个第三方的不同版本,它们是相互没有影响的。

9、 栈溢出的原因?

由于 HotSpot 不区分虚拟机和本地方法栈,设置本地方法栈大小的参数没有意义,栈容量只能由 -Xss 参数来设定,存在两种异常:

StackOverflowError: 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出 StackOverflowError,例如一个递归方法不断调用自己。该异常有明确错误堆栈可供分析,容易定位到问题所在。

OutOfMemoryError: 如果 JVM 栈可以动态扩展,当扩展无法申请到足够内存时会抛出 OutOfMemoryError。HotSpot 不支持虚拟机栈扩展,所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现 OOM,否则在线程运行时是不会因为扩展而导致溢出的。

10、 如何判断一个常量是废弃常量 ?

运行时常量池主要回收的是废弃的常量。假如在常量池中存在字符串 "abc",如果当前没有任何 String 对象引用该字符串常量的话,就说明常量 "abc" 就是废弃常量,如果这时发生内存回收的话而且有必要的话,"abc" 就会被系统清理出常量池。

11、 你知道哪些垃圾收集器?

序列号

最基础的收集器,使用复制算法、单线程工作,只用一个处理器或一条线程完成垃圾收集,进行垃圾收集时必须暂停其他所有工作线程。

Serial 是虚拟机在客户端模式的默认新生代收集器,简单高效,对于内存受限的环境它是所有收集器中额外内存消耗最小的,对于处理器核心较少的环境,Serial 由于没有线程交互开销,可获得最高的单线程收集效率。

新品

Serial 的多线程版本,除了使用多线程进行垃圾收集外其余行为完全一致。

ParNew 是虚拟机在服务端模式的默认新生代收集器,一个重要原因是除了 Serial 外只有它能与 CMS 配合。自从 JDK 9 开始,ParNew 加 CMS 不再是官方推荐的解决方案,官方希望它被 G1 取代。

并行清理

新生代收集器,基于复制算法,是可并行的多线程收集器,与 ParNew 类似。

特点是它的关注点与其他收集器不同,Parallel Scavenge 的目标是达到一个可控制的吞吐量,吞吐量就是处理器用于运行用户代码的时间与处理器消耗总时间的比值。

串行旧

Serial 的老年代版本,单线程工作,使用标记-整理算法。

Serial Old 是虚拟机在客户端模式的默认老年代收集器,用于服务端有两种用途:① JDK5 及之前与 Parallel Scavenge 搭配。② 作为CMS 失败预案。

平行老

Parallel Scavenge 的老年代版本,支持多线程,基于标记-整理算法。JDK6 提供,注重吞吐量可考虑 Parallel Scavenge 加 Parallel Old。

不育系

以获取最短回收停顿时间为目标,基于标记-清除算法,过程相对复杂,分为四个步骤:初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。

初始标记和重新标记需要 STW(Stop The World,系统停顿),初始标记仅是标记 GC Roots 能直接关联的对象,速度很快。并发标记从 GC Roots 的直接关联对象开始遍历整个对象图,耗时较长但不需要停顿用户线程。重新标记则是为了修正并发标记期间因用户程序运作而导致标记产生变动的那部分记录。并发清除清理标记阶段判断的已死亡对象,不需要移动存活对象,该阶段也可与用户线程并发。

缺点:① 对处理器资源敏感,并发阶段虽然不会导致用户线程暂停,但会降低吞吐量。② 无法处理浮动垃圾,有可能出现并发失败而导致 Full GC。③ 基于标记-清除算法,产生空间碎片。

G1

开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于 Region 的内存布局,主要面向服务端,最初设计目标是替换 CMS。

G1 之前的收集器,垃圾收集目标要么是整个新生代,要么是整个老年代或整个堆。而 G1 可面向堆任何部分来组成回收集进行回收,衡量标准不再是分代,而是哪块内存中存放的垃圾数量最多,回收受益最大。

跟踪各 Region 里垃圾的价值,价值即回收所获空间大小以及回收所需时间的经验值,在后台维护一个优先级列表,每次根据用户设定允许的收集停顿时间优先处理回收价值最大的 Region。这种方式保证了 G1 在有限时间内获取尽可能高的收集效率。

G1 运作过程:

1.初始标记:标记 GC Roots 能直接关联到的对象,让下一阶段用户线程并发运行时能正确地在可用 Region 中分配新对象。需要 STW 但耗时很短,在 Minor GC 时同步完成。

2.并发标记:从 GC Roots 开始对堆中对象进行可达性分析,递归扫描整个堆的对象图。耗时长但可与用户线程并发,扫描完成后要重新处理 SATB 记录的在并发时有变动的对象。

3.最终标记:对用户线程做短暂暂停,处理并发阶段结束后仍遗留下来的少量 SATB 记录。

4.筛选回收:对各 Region 的回收价值排序,根据用户期望停顿时间制定回收计划。必须暂停用户线程,由多条收集线程并行完成。

可由用户指定期望停顿时间是 G1 的一个强大功能,但该值不能设得太低,一般设置为100~300 ms。

12、 本地方法区(线程私有)

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个C 栈,但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一 。

13、 说说 JVM 如何执行 class 中的字节码。

1、 JVM 先加载包含字节码的 class 文件,存放在方法区,实际运行时,虚拟机会执行方法区内的代码。Java 虚拟机在内存中划分出栈和堆来存储运行时的数据。
2、 运行过程中,每当调用进入 Java 方法,都会在 Java 方法栈中生成一个栈帧,用来支持虚拟机进行方法的调用与执行,包含了局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等信息。
3、 当退出当前执行的方法时,不管正常返回还是异常返回,Java 虚拟机均会弹出当前线程的当前栈帧,并将之舍弃。
4、 方法的调用,需要通过解析完成符号引用到直接引用;通过分派完成动态找到被调用的方法。
5、 从硬件角度来看,Java 字节码无法直接执行。因此,Java 虚拟机需要将字节码翻译成机器码。翻译过程由两种形式:第一种是解释执行,即将遇到的字节一边码翻译成机器码一边执行;第二种是即时编译(Just-In-Time compilation,JIT),即将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后再执行。在 HotSpot 里两者都有,解释执行在启动时节约编译时间执行速度较快;随着时间的推移,编译器逐渐会返回作用,把越来越多的代码编译成本地代码后,可以获取更高的执行效率。

14、 分代收集算法

当前主流 VM 垃圾收集都采用”分代收集” (Generational Collection)算法, 这种算法会根据对象存活周期的不同将内存划分为几块, 如 JVM 中的新生代、老年代、永久代, 这样就可以根据各年代特点分别采用最适当的 GC 算法

15、 老年代

1、 主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。
2、 老年代的对象比较稳定,所以 MajorGC 不会频繁执行。在进行 MajorGC 前一般都先进行了一次MinorGC,使得有新生代的对象晋身入老年代,导致空间不够用时才触发。当无法找到足够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前触发一次 MajorGC 进行垃圾回收腾出空间。
3、 MajorGC 采用标记清除算法:首先扫描一次所有老年代,标记出存活的对象,然后回收没有标记的对象。ajorGC 的耗时比较长,因为要扫描再回收。MajorGC 会产生内存碎片,为了减少内存损耗,我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的时候,就会抛出 OOM(Out of Memory)异常。

16、 怎么查看服务器默认的垃圾回收器是哪一个?

这通常会使用另外一个参数:-XX:+PrintCommandLineFlags可以打印所有的参数,包括使用的垃圾回收器。

17、 JVM 数据运行区,哪些会造成 OOM 的情况?

除了数据运行区,其他区域均有可能造成 OOM 的情况。

**堆溢出:**java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
**栈溢出:**java.lang.StackOverflowError
**永久代溢出:**java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

18、 谈谈你知道的垃圾回收算法

判断对象是否可回收的算法有两种:

1、 Reference Counting GC,引用计数算法
2、 Tracing GC,可达性分析算法
3、 JVM 各厂商基本都是用的 Tracing GC 实现
4、 大部分垃圾收集器遵从了分代收集(Generational Collection)理论。
5、 针对新生代与老年代回收垃圾内存的特点,提出了 3 种不同的算法:

1、 标记-清除算法(Mark-Sweep)

标记需回收对象,统一回收;或标记存活对象,回收未标记对象。

缺点:

大量对象需要标记与清除时,效率不高

标记、清除产生的大量不连续内存碎片,导致无法分配大对象

2、 标记-复制算法(Mark-Copy)

可用内存等分两块,使用其中一块 A,用完将存活的对象复制到另外一块 B,一次性清空 A,然后改分配新对象到 B,如此循环。

缺点:

不适合大量对象不可回收的情况,换句话说就是仅适合大量对象可回收,少量对象需复制的区域

只能使用内存容量的一半,浪费较多内存空间

3、 标记-整理算法(Mark-Compact)

标记存活的对象,统一移到内存区域的一边,清空占用内存边界以外的内存。

缺点:

移动大量存活对象并更新引用,需暂停程序运行

19、 Java 内存分配与回收策率以及 Minor GC 和 Major GC

1、 对象优先在堆的 Eden 区分配
2、 大对象直接进入老年代
3、 长期存活的对象将直接进入老年代

当 Eden 区没有足够的空间进行分配时,虚拟机会执行一次 Minor GC。Minor GC 通常发生在新生代的 Eden 区,在这个区的对象生存期短,往往发生 Gc 的频率较高,回收速度比较快;Full GC/Major GC 发生在老年代,一般情况下,触发老年代 GC 的时候不会触发 Minor GC,但是通过配置,可以在 Full GC 之前进行一次 Minor GC 这样可以加快老年代的回收速度。

20、 JVM有哪些内存区域?(JVM的内存布局是什么?)

JVM包含元空间Java虚拟机栈本地方法栈程序计数器等内存区域。其中,堆是占用内存最大的一块。我们平常的-Xmx-Xms等参数,就是针对于堆进行设计的。

1、 堆:JVM堆中的数据,是共享的,是占用内存最大的一块区域
2、 虚拟机栈:Java虚拟机栈,是基于线程的,用来服务字节码指令的运行
3、 程序计数器:当前线程所执行的字节码的行号指示器
4、 元空间:方法区就在这里,非堆本地内存:其他的内存占用空间

21、 被引用的对象就一定能存活吗?

不一定,看 Reference 类型,弱引用在 GC 时会被回收,软引用在内存不足的时候,即 OOM 前会被回收,但如果没有在 Reference Chain 中的对象就一定会被回收。

22、 JVM调优命令有哪些?

jps,JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。jstat,JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令,它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。jmap,JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件 jhat,JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用,用来分析jmap生成的dump,jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器,生成dump的分析结果后,可以在浏览器中查看 jstack,用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。jinfo,JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

23、 Java 程序是怎样运行的?

1.首先通过 Javac 编译器将 .java 转为 JVM 可加载的 .class 字节码文件。

2.Javac 是由 Java 编写的程序,编译过程可以分为:① 词法解析,通过空格分割出单词、操作符、控制符等信息,形成 token 信息流,传递给语法解析器。② 语法解析,把 token 信息流按照 Java 语法规则组装成语法树。③ 语义分析,检查关键字使用是否合理、类型是否匹配、作用域是否正确等。④ 字节码生成,将前面各个步骤的信息转换为字节码。

3.字节码必须通过类加载过程加载到 JVM 后才可以执行,执行有三种模式,解释执行、JIT 编译执行、JIT 编译与解释器混合执行(主流 JVM 默认执行的方式)。混合模式的优势在于解释器在启动时先解释执行,省去编译时间。

4.之后通过即时编译器 JIT 把字节码文件编译成本地机器码。

5.Java 程序最初都是通过解释器进行解释执行的,当虚拟机发现某个方法或代码块的运行特别频繁,就会认定其为"热点代码",热点代码的检测主要有基于采样和基于计数器两种方式,为了提高热点代码的执行效率,虚拟机会把它们编译成本地机器码,尽可能对代码优化,在运行时完成这个任务的后端编译器被称为即时编译器。

6.还可以通过静态的提前编译器 AOT 直接把程序编译成与目标机器指令集相关的二进制代码。

24、 谈谈对 OOM 的认识

除了程序计数器,其他内存区域都有 OOM 的风险。

1、 栈一般经常会发生 StackOverflowError,比如 32 位的 windows 系统单进程限制 2G 内存,无限创建线程就会发生栈的 OOM
2、 Java 8 常量池移到堆中,溢出会出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space,设置最大元空间大小参数无效
3、 堆内存溢出,报错同上,这种比较好理解,GC 之后无法在堆中申请内存创建对象就会报错
4、 方法区 OOM,经常会遇到的是动态生成大量的类、jsp 等
5、 直接内存 OOM,涉及到 -XX:MaxDirectMemorySize 参数和 Unsafe 对象对内存的申请

25、 串行(serial)收集器和吞吐量(throughput)收集器的区别是什么?

吞吐量收集器使用并行版本的新生代垃圾收集器,它用于中等规模和大规模数据的应用程序。 而串行收集器对大多数的小应用(在现代处理器上需要大概 100M 左右的内存)就足够了。

26、 怎么打出线程栈信息?

输入jps,获得进程号。top -Hp pid 获取本进程中所有线程的CPU耗时性能 jstack pid命令查看当前java进程的堆栈状态 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆栈信息打到一个txt文件。可以使用fastthread 堆栈定位(fastthread.io)

27、 复制算法(copying)

为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块,当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去,把已使用的内存清掉

这种算法虽然实现简单,内存效率高,不易产生碎片,但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话, Copying算法的效率会大大降低。

28、 什么是指令重排序?

在实际运行时,代码指令可能并不是严格按照代码语句顺序执行的。大多数现代微处理器都会采用将指令乱序执行(out-of-order execution,简称OoOE或OOE)的方法,在条件允许的情况下,直接运行当前有能力立即执行的后续指令,避开获取下一条指令所需数据时造成的等待。通过乱序执行的技术,处理器可以大大提高执行效率。而这就是指令重排。

29、 你了解过哪些垃圾收集器?

年轻代 Serial 垃圾收集器(单线程,通常用在客户端应用上。因为客户端应用不会频繁创建很多对象,用户也不会感觉出明显的卡顿。相反,它使用的资源更少,也更轻量级。) ParNew 垃圾收集器(多线程,追求降低用户停顿时间,适合交互式应用。) Parallel Scavenge 垃圾收集器(追求 CPU 吞吐量,能够在较短时间内完成指定任务,适合没有交互的后台计算。)

老年代 Serial Old 垃圾收集器 Parallel Old垃圾收集器 CMS 垃圾收集器(以获取最短 GC 停顿时间为目标的收集器,它在垃圾收集时使得用户线程和 GC 线程能够并发执行,因此在垃圾收集过程中用户也不会感到明显的卡顿。)

30、 JVM 的内存模型是什么?

JVM 试图定义一种统一的内存模型,能将各种底层硬件以及操作系统的内存访问差异进行封装,使 Java 程序在不同硬件以及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存,线程无法对主存储器直接进行操作,如果一个线程要和另外一个线程通信,那么只能通过主存进行交换。

31、 谈谈动态年龄判断

1、 这里涉及到 -XX:TargetSurvivorRatio 参数,Survivor 区的目标使用率默认 50,即 Survivor 区对象目标使用率为 50%。

2、 Survivor 区相同年龄所有对象大小的总和 (Survivor 区内存大小 * 这个目标使用率)时,大于或等于该年龄的对象直接进入老年代。

3、 当然,这里还需要考虑参数 -XX:MaxTenuringThreshold 晋升年龄最大阈值

32、 标记清除算法( Mark-Sweep)

最基础的垃圾回收算法,分为两个阶段,标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象,清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。

从图中我们就可以发现,该算法最大的问题是内存碎片化严重,后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

33、 Serial Old 收集器(单线程标记整理算法 )

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本,它同样是个单线程的收集器,使用标记-整理算法,这个收集器也主要是运行在 Client 默认的

java 虚拟机默认的年老代垃圾收集器。在 Server 模式下,主要有两个用途:

1、 在 JDK1.5 之前版本中与新生代的 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。

2、 作为年老代中使用 CMS 收集器的后备垃圾收集方案。新生代 Serial 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集

新生代 Parallel Scavenge 收集器与 ParNew 收集器工作原理类似,都是多线程的收集器,都使用的是复制算法,在垃圾收集过程中都需要暂停所有的工作线程。新生代 ParallelScavenge/ParNew 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集过程图:

34、 描述一下 JVM 加载 class 文件的原理机制

1、 JVM 中类的装载是由类加载器(ClassLoader)和它的子类来实现的,Java 中各类加载器是一个重要的 Java 运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入类文件中的类。

2、 由于 Java 的跨平台性,经过编译的 Java 源程序并不是一个可执行程序,而是一个或多个类文件。当 Java 程序需要使用某个类时,JVM 会确保这个类已经被加载、连接(验证、准备和解析)和初始化。类的加载是指把类的.class 文件中的数据读入到内存中,通常是创建一个字节数组读入.class 文件,然后产生与所加载类对应的 Class 对象。

3、 加载完成后,Class 对象还不完整,所以此时的类还不可用。当类被加载后就进入连接阶段,这一阶段包括验证、准备(为静态变量分配内存并设置默认的初始值)和解析(将符号引用替换为直接引用)三个步骤。最后 JVM 对类进行初始化,包括:1)如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化,那么就先初始化父类;2)如果类中存在初始化语句,就依次执行这些初始化语句。

4、 类的加载是由类加载器完成的,类加载器包括:根加载器(BootStrap)、扩展加载器(Extension)、系统加载器(System)和用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader 的子类)。

5、 从 Java 2(JDK 1.2)开始,类加载过程采取了父亲委托机制(PDM)。PDM 更好的保证了 Java 平台的安全性,在该机制中,JVM 自带的Bootstrap 是根加载器,其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载,父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM 不会向 Java 程序提供对 Bootstrap 的引用。下面是关于几个类

加载器的说明:

1、 Bootstrap:一般用本地代码实现,负责加载 JVM 基础核心类库(rt.jar);
2、 Extension:从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库,它的父加载器是 Bootstrap;
3、 System:又叫应用类加载器,其父类是 Extension。它是应用最广泛的类加载器。它从环境变量 classpath 或者系统属性

java.class.path 所指定的目录中记载类,是用户自定义加载器的默认父加载器。

35、 能够找到 Reference Chain 的对象,就一定会存活么?

这不一定,还要看reference类型。弱引用会在GC时会被回收,软引用会在内存不足的时候被回收。但没有Reference Chain的对象就一定会被回收。

36、 类加载器双亲委派模型机制?

基本定义:

双亲委派模型的工作流程是:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去加载这个类,而是把请求委托给父加载器去完成,依次向上,因此,所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器没有找到所需的类时,子加载器才会尝试去加载该类。

双亲委派机制:

1、 当 AppClassLoader 加载一个 class 时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器 ExtClassLoader 去完成。

2、 当 ExtClassLoader 加载一个 class 时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给 BootStrapClassLoader 去完成。

3、 如果 BootStrapClassLoader 加载失败,会使用 ExtClassLoader 来尝试加载;

4、 若 ExtClassLoader 也加载失败,则会使用 AppClassLoader 来加载,如果 AppClassLoader 也加载失败,则会报出异常 ClassNotFoundException。

双亲委派作用:

1、 通过带有优先级的层级关可以避免类的重复加载;

2、 保证 Java 程序安全稳定运行,Java 核心 API 定义类型不会被随意替换。

37、 字符串常量存放在哪个区域?

1、 字符串常量池,已经移动到堆上(jdk8之前是perm区),也就是执行intern方法后存的地方。

2、 类文件常量池,constant_pool,是每个类每个接口所拥有的,这部分数据在方法区,也就是元数据区。而运行时常量池是在类加载后的一个内存区域,它们都在元空间。

38、 你知道哪些内存分配与回收策略?

对象优先在 Eden 区分配

大多数情况下对象在新生代 Eden 区分配,当 Eden 没有足够空间时将发起一次 Minor GC。

大对象直接进入老年代

大对象指需要大量连续内存空间的对象,典型是很长的字符串或数量庞大的数组。大对象容易导致内存还有不少空间就提前触发垃圾收集以获得足够的连续空间。

HotSpot 提供了 -XX:PretenureSizeThreshold 参数,大于该值的对象直接在老年代分配,避免在 Eden 和 Survivor 间来回复制。

长期存活对象进入老年代

虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器,存储在对象头。如果经历过第一次 Minor GC 仍然存活且能被 Survivor 容纳,该对象就会被移动到 Survivor 中并将年龄设置为 1。对象在 Survivor 中每熬过一次 Minor GC 年龄就加 1 ,当增加到一定程度(默认15)就会被晋升到老年代。对象晋升老年代的阈值可通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置。

动态对象年龄判定

为了适应不同内存状况,虚拟机不要求对象年龄达到阈值才能晋升老年代,如果在 Survivor 中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 的一半,年龄不小于该年龄的对象就可以直接进入老年代。

空间分配担保

MinorGC 前虚拟机必须检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代对象总空间,如果满足则说明这次 Minor GC 确定安全。

如果不满足,虚拟机会查看 -XX:HandlePromotionFailure 参数是否允许担保失败,如果允许会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升老年代对象的平均大小,如果满足将冒险尝试一次 Minor GC,否则改成一次 FullGC。

冒险是因为新生代使用复制算法,为了内存利用率只使用一个 Survivor,大量对象在 Minor GC 后仍然存活时,需要老年代进行分配担保,接收 Survivor 无法容纳的对象。

39、 生产环境服务器变慢,如何诊断处理?

1、 使用 top 指令,服务器中 CPU 和 内存的使用情况,-H 可以按 CPU 使用率降序,-M 内存使用率降序。排除其他进程占用过高的硬件资源,对 Java 服务造成影响。

2、 如果发现 CPU 使用过高,可以使用 top 指令查出 JVM 中占用 CPU 过高的线程,通过 jstack 找到对应的线程代码调用,排查出问题代码。

3、 如果发现内存使用率比较高,可以 dump 出 JVM 堆内存,然后借助 MAT 进行分析,查出大对象或者占用最多的对象来自哪里,为什么会长时间占用这么多;如果 dump 出的堆内存文件正常,此时可以考虑堆外内存被大量使用导致出现问题,需要借助操作系统指令 pmap 查出进程的内存分配情况、gdb dump 出具体内存信息、perf 查看本地函数调用等。

4、 如果 CPU 和 内存使用率都很正常,那就需要进一步开启 GC 日志,分析用户线程暂停的时间、各部分内存区域 GC 次数和时间等指标,可以借助 jstat 或可视化工具 GCeasy 等,如果问题出在 GC 上面的话,考虑是否是内存不够、根据垃圾对象的特点进行参数调优、使用更适合的垃圾收集器;分析 jstack 出来的各个线程状态。如果问题实在比较隐蔽,考虑是否可以开启 jmx,使用 visualmv 等可视化工具远程监控与分析。

40、 引用计数法

在 Java 中,引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行。因此,很显然一个简单的办法是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单说,即一个对象如果没有任何与之关联的引用, 即他们的引用计数都不为 0, 则说明对象不太可能再被用到,那么这个对象就是可回收对象。

41、 MinorGC,MajorGC、FullGC都什么时候发生?

MinorGC在年轻代空间不足的时候发生,MajorGC指的是老年代的GC,出现MajorGC一般经常伴有MinorGC。

FullGC有三种情况。

1、 当老年代无法再分配内存的时候
2、 元空间不足的时候
3、 显示调用System.gc的时候。另外,像CMS一类的垃圾回收器,在MinorGC出现promotion failure的时候也会发生FullGC

42、 调优命令有哪些?

Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo

1、 jps,JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
2、 jstat,JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令,它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
3、 jmap,JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
4、 jhat,JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用,用来分析jmap生成的dump,jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器,生成dump的分析结果后,可以在浏览器中查看
5、 jstack,用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
6、 jinfo,JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数

43、 JVM 选项 -XX:+UseCompressedOops 有什么作用?为什么要使用

当你将你的应用从 32 位的 JVM 迁移到 64 位的 JVM 时,由于对象的指针从32 位增加到了 64 位,因此堆内存会突然增加,差不多要翻倍。这也会对 CPU缓存(容量比内存小很多)的数据产生不利的影响。因为,迁移到 64 位的 JVM主要动机在于可以指定最大堆大小,通过压缩OOP 可以节省一定的内存。通过-XX:+UseCompressedOops 选项,JVM 会使用 32 位的 OOP,而不是 64 位的 OOP。

44、 Parallel Scavenge 收集器(多线程复制算法、高效)

Parallel Scavenge 收集器也是一个新生代垃圾收集器,同样使用复制算法,也是一个多线程的垃圾收集器, 它重点关注的是程序达到一个可控制的吞吐量(Thoughput, CPU 用于运行用户代码的时间/CPU 总消耗时间,即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)),高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 时间,尽快地完成程序的运算任务,主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务。自适应调节策略也是 ParallelScavenge 收集器与 ParNew 收集器的一个重要区别。

45、 老年代与标记复制算法

而老年代因为每次只回收少量对象,因而采用 Mark-Compact 算法。

1、 JAVA 虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation), 它用来存储 class 类,常量,方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。
2、 对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块),少数情况会直接分配到老生代。
3、 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC,进行 GC 后, EdenSpace 和 From Space 区的存活对象会被挪到 To Space,然后将 Eden Space 和 FromSpace 进行清理。
4、 如果 To Space 无法足够存储某个对象,则将这个对象存储到老生代。
5、 在进行 GC 后,使用的便是 Eden Space 和 To Space 了,如此反复循环。
6、 当对象在 Survivor 去躲过一次 GC 后,其年龄就会+1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代中。

46、 遇到过堆外内存溢出吗?

1、 Unsafe 类申请内存、JNI 对内存进行操作、Netty 调用操作系统的 malloc 函数的直接内存,这些内存是不受 JVM 控制的,不加限制的使用,很容易发生溢出。这种情况有个显著特点,dump 的堆文件信息正常甚至很小。
2、 -XX:MaxDirectMemorySize 可以指定最大直接内存,但限制不住所有堆外内存的使用。

47、 虚拟机栈(线程私有)

是描述java方法执行的内存模型,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧( Frame)是用来存储数据和部分过程结果的数据结构,同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派(Dispatch Exception)。栈帧随着方法调用而创建,随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未被捕获的异常)都算作方法结束。

48、 Java的双亲委托机制是什么?

它的意思是,除了顶层的启动类加载器以外,其余的类加载器,在加载之前,都会委派给它的父加载器进行加载。这样一层层向上传递,直到祖先们都无法胜任,它才会真正的加载。

Java默认是这种行为。当然Java中也有很多打破双亲行为的骚操作,比如SPI(JDBC驱动加载),OSGI等。

49、 CMS 收集器(多线程标记清除算法)

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器,其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间, 和其他年老代使用标记-整理算法不同,它使用多线程的标记-清除算法。最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验。CMS 工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂。整个过程分为以下 4 个阶段:

初始标记

只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象,速度很快,仍然需要暂停所有的工作线程。

并发标记

进行 GC Roots 跟踪的过程,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。

重新标记

为了修正在并发标记期间,因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录,仍然需要暂停所有的工作线程。

并发清除

清除 GC Roots 不可达对象,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中,垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作, 所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

50、 讲讲什么情况下会出现内存溢出,内存泄漏?

内存泄漏的原因很简单:

1、 对象是可达的(一直被引用)
2、 但是对象不会被使用

常见的内存泄漏例子:

    public static void main(String[] args) {
        Set<Object> set = new HashSet<>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object object = new Object();
            set.add(object);

            // 设置为空,该对象不再使用
            object = null;
        }

        // 但是set集合中还维护object的引用,gc不会回收object对象
        System.out.println(set);
        System.out.println(set.size());
    }
}

输出结果

[java.lang.Object@74a14482, 
java.lang.Object@677327b6, 
java.lang.Object@6d6f6e28, 
java.lang.Object@4554617c, 
java.lang.Object@45ee12a7, 
java.lang.Object@1b6d3586, 
java.lang.Object@7f31245a,
java.lang.Object@135fbaa4,
java.lang.Object@1540e19d, 
java.lang.Object@14ae5a5]
10

Process finished with exit code 0

解决这个内存泄漏问题也很简单,将set设置为null,那就可以避免上述内存泄漏问题了。其他内存泄漏得一步一步分析了。

内存溢出的原因:

1、 内存泄露导致堆栈内存不断增大,从而引发内存溢出。
2、 大量的jar,class文件加载,装载类的空间不够,溢出
3、 操作大量的对象导致堆内存空间已经用满了,溢出
4、 nio直接操作内存,内存过大导致溢出

解决:

1、 查看程序是否存在内存泄漏的问题
2、 设置参数加大空间
3、 代码中是否存在死循环或循环产生过多重复的对象实体、
4、 查看是否使用了nio直接操作内存。

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