2021最新 Java虚拟机(JVM)面试题【35题】(附刷题小程序)

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最近梳理汇总了Java面试常遇到的面试题;并将其开发成小程序《面试手册》,方便大家阅读,可微信扫描文章开头的二维码使用;包含了 Java基础并发JVM数据库SpringSpringMVCSpringBootSpringCloud设计模式MQLinuxDocker等多个类型,资料持续更新中;

本人不才,如出现错误或者不准确的地方,望各位大神指正。

更多类型持续完善中。。。


1. JVM 基础

1.1 JVM 内存分哪几个区,每个区的作用是什么?

方法区

  1. 有时候也成为永久代,在该区内很少发生垃圾回收,但是并不代表不发生 GC,在这里进行的 GC 主要是对方法区里的常量池和对类型的卸载
  2. 方法区主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。
  3. 该区域是被线程共享的。
  4. 方法区里有一个运行时常量池,用于存放静态编译产生的字面量和符号引用。该常量池具有动态性,也就是说常量并不一定是编译时确定,运行时生成的常量也会存在这个常量池中。

虚拟机栈:

  1. 虚拟机栈也就是我们平常所称的栈内存,它为 java 方法服务,每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息。
  2. 虚拟机栈是线程私有的,它的生命周期与线程相同。
  3. 局部变量表里存储的是基本数据类型、returnAddress 类型(指向一条字节码指令的地址)和对象引用,这个对象引用有可能是指向对象起始地址的一个指针,也有可能是代表对象的句柄或者与对象相关联的位置。局部变量所需的内存空间在编译器间确定
  4. 操作数栈的作用主要用来存储运算结果以及运算的操作数,它不同于局部变量表通过索引来访问,而是压栈和出栈的方式
  5. 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接.动态链接就是将常量池中的符号引用在运行期转化为直接引用。

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈类似,只不过本地方法栈为 Native 方法服务。

java 堆是所有线程所共享的一块内存,在虚拟机启动时创建,几乎所有的对象实例都在这里创建,因此该区域经常发生垃圾回收操作。

程序计数器

内存空间小,字节码解释器工作时通过改变这个计数值可以选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等功能都需要依赖这个计数器完成。该内存区域是唯一一个 java 虚拟机规范没有规定任何 OOM 情况的区域。

1.2 对象的访问定位有几种方式?

Java程序需要通过 JVM 栈上的引用访问堆中的具体对象。对象的访问方式取决于 JVM 虚拟机的实现。目前主流的访问方式有 句柄直接指针 两种方式。

  • 句柄:
    可以理解为指向指针的指针,维护着对象的指针。句柄不直接指向对象,而是指向对象的指针(句柄不发生变化,指向固定内存地址),再由对象的指针指向对象的真实内存地址。
  • 直接指针:
    指向对象,代表一个对象在内存中的起始地址。

句柄访问

Java堆中划分出一块内存来作为句柄池,引用中存储对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据对象类型数据各自的具体地址信息,具体构造如下图所示:
句柄访问对象.png
优势:引用中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中实例数据指针,而引用本身不需要修改。

直接指针访问

如果使用直接指针访问,引用 中存储的直接就是对象地址,那么 Java堆对象内部的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。
指针访问对象.png
优势:速度更,节省了一次指针定位的时间开销。由于对象的访问在 Java中非常频繁,因此这类开销积少成多后也是非常可观的执行成本。HotSpot 中采用的就是这种方式。

1.3 JVM内存模型是什么?

java 内存模型(JMM)是线程间通信的控制机制.JMM 定义了主内存和线程之间抽象关系。线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是 JMM 的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java 内存模型的抽象示意图如下:

线程 A 与线程 B 之间如要通信的话,必须要经历下面 2 个步骤:

  1. 首先,线程 A 把本地内存 A 中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
  2. 然后,线程 B 到主内存中去读取线程 A 之前已更新过的共享变量。

1.4 finalize()方法什么时候被调用?析构函数(finalization)的目的是什么?

垃圾回收器(garbage colector)决定回收某对象时,就会运行该对象的finalize()方法;
finalize是Object类的一个方法,该方法在Object类中的声明protected void finalize() throws Throwable { }
在垃圾回收器执行时会调用被回收对象的finalize()方法,可以覆盖此方法来实现对其资源的回收。注意:一旦垃圾回收器准备释放对象占用的内存,将首先调用该对象的finalize()方法,并且下一次垃圾回收动作发生时,才真正回收对象占用的内存空间

GC本来就是内存回收了,应用还需要在finalization做什么呢? 答案是大部分时候,什么都不用做(也就是不需要重载)。只有在某些很特殊的情况下,比如你调用了一些native的方法(一般是C写的),可以要在finaliztion里去调用C的释放函数。

1.5 什么是深拷贝和浅拷贝?什么是深复制和浅复制?

浅拷贝(shallowCopy)只是增加了一个指针指向已存在的内存地址,

深拷贝(deepCopy)是增加了一个指针并且申请了一个新的内存,使这个增加的指针指向这个新的内存,

使用深拷贝的情况下,释放内存的时候不会因为出现浅拷贝时释放同一个内存的错误。

浅复制:仅仅是指向被复制的内存地址,如果原地址发生改变,那么浅复制出来的对象也会相应的改变。

深复制:在计算机中开辟一块新的内存地址用于存放复制的对象。

1.6 说一下堆栈的区别?

  • 物理地址

    • 堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配,所以有各种算法。比如,标记-消除复制标记-压缩分代(即新生代使用复制算法,老年代使用标记——压缩)
    • 栈使用的是数据结构中的栈,先进后出的原则,物理地址分配是连续的。所以性能快。
  • 内存分别

    • 堆因为是不连续的,所以分配的内存是在运行期确认的,因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。
    • 栈是连续的,所以分配的内存大小要在编译期就确认,大小是固定的。
  • 存放的内容

    • 堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储
    • 栈存放:局部变量,操作数栈,返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。
      PS:
      1. 静态变量放在方法区
      2. 静态的对象还是放在堆。
  • 程序的可见度

    • 堆对于整个应用程序都是共享、可见的。
    • 栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。

1.7 队列和栈是什么?有什么区别?

队列和栈都是被用来预存储数据的。

  • 操作的名称不同。队列的插入称为入队,队列的删除称为出队。栈的插入称为进栈,栈的删除称为出栈。
  • 可操作的方式不同。队列是在队尾入队,队头出队,即两边都可操作。而栈的进栈和出栈都是在栈顶进行的,无法对栈底直接进行操作。
  • 操作的方法不同。队列是先进先出(FIFO),即队列的修改是依先进先出的原则进行的。新来的成员总是加入队尾(不能从中间插入),每次离开的成员总是队列头上(不允许中途离队)。而栈为后进先出(LIFO),即每次删除(出栈)的总是当前栈中最新的元素,即最后插入(进栈)的元素,而最先插入的被放在栈的底部,要到最后才能删除。

1.8 Java会存在内存泄漏吗?请简单描述

内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说,Java是有GC垃圾回收机制的,也就是说,不再被使用的对象,会被GC自动回收掉,自动从内存中清除。

但是,即使这样,Java也还是存在着内存泄漏的情况,java导致内存泄露的原因很明确:长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露,尽管短生命周期对象已经不再需要,但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收,这就是java中内存泄露的发生场景。

1.9 Java对象结构是什么?

Java对象由三个部分组成:对象头实例数据对齐填充

  • 对象头由两部分组成
    • 第一部分存储对象自身的运行时数据:
      • 哈希码;
      • GC分代年龄;
      • 锁标识状态;
      • 线程持有的锁;
      • 偏向线程ID(一般占32/64 bit)。
    • 第二部分是指针类型,指向对象的类元数据类型(即对象代表哪个类)。如果是数组对象,则对象头中还有一部分用来记录数组长度。
  • 实例数据用来存储对象真正的有效信息(包括父类继承下来的和自己定义的)
  • 对齐填充:JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍(8字节对齐)

1.10 引用的分类有几种?

  • 强引用:GC时不会被回收
  • 软引用:描述有用但不是必须的对象,在发生内存溢出异常之前被回收
  • 弱引用:描述有用但不是必须的对象,在下一次GC时被回收
  • 虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用PhantomReference实现虚引用,虚引用用来在GC时返回一个通知。

2. JVM 垃圾回收

2.1 如和判断一个对象是否存活?(或者 GC 对象的判定方法)

判断一个对象是否存活有两种方法:

引用计数法

所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器,每当有一个地方引用这个对象时,就将计数器加一,引用失效时,计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时,说明此对象没有被引用,也就是“死对象”,将会被垃圾回收.

引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题,也就是说当对象 A 引用对象 B,对象 B 又引用者对象 A,那么此时 A,B 对象的引用计数器都不为零,也就造成无法完成垃圾回收,所以主流的虚拟机都没有采用这种算法。

可达性算法(引用链法)

该算法的思想是:从一个被称为 GC Roots 的对象开始向下搜索,如果一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时,则说明此对象不可用。在 java 中可以作为 GC Roots 的对象有以下几种:

  • 虚拟机栈中引用的对象
  • 方法区类静态属性引用的对象
  • 方法区常量池引用的对象
  • 本地方法栈 JNI 引用的对象

虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收,但是当满足上述条件时,一个对象不一定会被回收。当一个对象不可达 GC Root 时,这个对象并不会立马被回收,而是出于一个死缓的阶段,若要被真正的回收需要经历两次标记

如果对象在可达性分析中没有与 GC Root 的引用链,那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是是否有必要执行 finalize()方法。当对象没有覆盖 finalize()方法或者已被虚拟机调用过,那么就认为是没必要的。

如果该对象有必要执行 finalize()方法,那么这个对象将会放在一个称为 F-Queue 的对队列中,虚拟机会触发一个 Finalize()线程去执行,此线程是低优先级的,并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完,这是因为如果 finalize()执行缓慢或者发生了死锁,那么就会造成 F-Queue 队列一直等待,造成了内存回收系统的崩溃。GC 对处于 F-Queue 中的对象进行第二次被标记,这时,该对象将被移除”即将回收”集合,等待回收。

2.2 简述 java 垃圾回收机制?

在 java 中,程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的,而是由虚拟机自行执行。在JVM 中,有一个垃圾回收线程,它是低优先级的,在正常情况下是不会执行的,只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时,才会触发执行,扫面那些没有被任何引用的对象,并将它们添加到要回收的集合中,进行回收。

2.3 垃圾回收有什么目的?什么时候进行垃圾回收?

垃圾回收是在内存中存在没有引用的对象或超过作用域的对象时进行的。

垃圾回收的目的是识别并且丢弃应用不再使用的对象来释放和重用资源。

2.4 如果对象的引用被置为null,垃圾收集器是否会立即释放对象占用的内存?

不会,在下一个垃圾回调周期中,这个对象将是被可回收的。

也就是说并不会立即被垃圾收集器立刻回收,而是在下一次垃圾回收时才会释放其占用的内存。

2.5 GC是什么?为什么要GC?

GC是垃圾收集的意思,内存处理是编程人员容易出现问题的地方,忘记或者错误的内存回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃,Java提供的GC功能可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动回收内存的目的,Java语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法。Java程序员不用担心内存管理,因为垃圾收集器会自动进行管理。要请求垃圾收集,可以调用下面的方法之一:System.gc() 或Runtime.getRuntime().gc() ,但JVM可以屏蔽掉显示的垃圾回收调用。 垃圾回收可以有效的防止内存泄露,有效的使用可以使用的内存。垃圾回收器通常是作为一个单独的低优先级的线程运行,不可预知的情况下对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收,程序员不能实时的调用垃圾回收器对某个对象或所有对象进行垃圾回收。在Java诞生初期,垃圾回收是Java最大的亮点之一,因为服务器端的编程需要有效的防止内存泄露问题,然而时过境迁,如今Java的垃圾回收机制已经成为被诟病的东西。移动智能终端用户通常觉得iOS的系统比Android系统有更好的用户体验,其中一个深层次的原因就在于android系统中垃圾回收的不可预知性。

补充:垃圾回收机制有很多种,包括:分代复制垃圾回收、标记垃圾回收、增量垃圾回收等方式。标准的Java进程既有栈又有堆。栈保存了原始型局部变量,堆保存了要创建的对象。Java平台对堆内存回收和再利用的基本算法被称为标记和清除,但是Java对其进行了改进,采用“分代式垃圾收集”。这种方法会跟Java对象的生命周期将堆内存划分为不同的区域,在垃圾收集过程中,可能会将对象移动到不同区域:

  • 伊甸园(Eden):这是对象最初诞生的区域,并且对大多数对象来说,这里是它们唯一存在过的区域。
  • 幸存者乐园(Survivor):从伊甸园幸存下来的对象会被挪到这里。
  • 终身颐养园(Tenured):这是足够老的幸存对象的归宿。年轻代收集(Minor-GC)过程是不会触及这个地方的。当年轻代收集不能把对象放进终身颐养园时,就会触发一次完全收集(Major-GC),这里可能还会牵扯到压缩,以便为大对象腾出足够的空间。 与垃圾回收相关的JVM参数:

-Xms / -Xmx:堆的初始大小 / 堆的最大大小

-Xmn:堆中年轻代的大小

-XX:-DisableExplicitGC:让System.gc()不产生任何作用

-XX:+PrintGCDetails:打印GC的细节

-XX:+PrintGCDateStamps:打印GC操作的时间戳

-XX:NewSize / XX:MaxNewSize: 设置新生代大小/新生代最大大小

-XX:NewRatio :可以设置老生代和新生代的比例

-XX:PrintTenuringDistribution :设置每次新生代GC后输出幸存者乐园中对象年龄的分布

-XX:InitialTenuringThreshold / -XX:MaxTenuringThreshold:设置老年代阀值的初始值和最大值

-XX:TargetSurvivorRatio:设置幸存区的目标使用率

2.6 垃圾回收的优点有那些?

  • java语言最显著的特点就是引入了垃圾回收机制,它使java程序员在编写程序时不再考虑内存管理的问题。
  • 由于有这个垃圾回收机制,java中的对象不再有“作用域”的概念,只有引用的对象才有“作用域”。
  • 垃圾回收机制有效的防止了内存泄露,可以有效的使用可使用的内存。
  • 垃圾回收器通常作为一个单独的低级别的线程运行,在不可预知的情况下对内存堆中已经死亡的或很长时间没有用过的对象进行清除和回收。

2.7 垃圾回收器的基本原理是什么?

对于GC来说,当程序员创建对象时,GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用情况。

2.8 垃圾回收器可以马上回收内存吗?

不会;通常,GC采用有向图的方式记录和管理堆(heap)中的所有对象。通过这种方式确定哪些对象是"可达的",哪些对象是"不可达的"。当GC确定一些对象为"不可达"时,GC就有责任回收这些内存空间。而这个回收操作时达到一定阈值或者条件之后才会触发回收;并不是实时的。

2.9 有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收?

可以。程序员可以手动执行System.gc(),通知GC运行,但是Java语言规范并不保证GC一定会执行

2.10 Java 中都有哪些引用类型?

  • 强引用:发生 gc 的时候不会被回收。
  • 软引用:有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收。
  • 弱引用:有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收。
  • 虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

2.11 JVM中的永久代中会发生垃圾回收吗?

垃圾回收不会发生在永久代,如果永久代满了或者是超过了临界值,会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息,就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。

java 8中,永久代被移除,取而代之的为元空间。

2.12 JVM 有哪些垃圾回收算法?

  1. 标记-清除:
    这是垃圾收集算法中最基础的,根据名字就可以知道,它的思想就是标记哪些要被回收的对象,然后统一回收。这种方法很简单,但是会有两个主要问题:1.效率不高,标记和清除的效率都很低;2.会产生大量不连续的内存碎片,导致以后程序在分配较大的对象时,由于没有充足的连续内存而提前触发一次 GC 动作。
  2. 复制算法:
    为了解决效率问题,复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分,然后每次只使用其中的一块,当一块内存用完时,就将还存活的对象复制到第二块内存上,然后一次性清楚完第一块内存,再将第二块上的对象复制到第一块。但是这种方式,内存的代价太高,每次基本上都要浪费一般的内存。
    于是将该算法进行了改进,内存区域不再是按照 1:1 去划分,而是将内存划分为 8:1:1 三部分,较大那份内存交 Eden 区,其余是两块较小的内存区叫 Survior 区。每次都会优先使用 Eden 区,若 Eden 区满,就将对象复制到第二块内存区上,然后清除 Eden 区,如果此时存活的对象太多,以至于 Survivor 不够时,会将这些对象通过分配担保机制复制到老年代中。(java 堆又分为新生代和老年代)
  3. 标记-整理
    该算法主要是为了解决标记-清除,产生大量内存碎片的问题;当对象存活率较高时,也解决了复制算法的效率问题。它的不同之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端,然后清除掉端边界以外的对象,这样就不会产生内存碎片了。
  4. 分代收集
    现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式,它根据对象的生存周期,将堆分为新生代和老年代。在新生代中,由于对象生存期短,每次回收都会有大量对象死去,那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高,没有额外的空间进行分配担保,所以可以使用标记-整理 或者 标记-清除。

2.13 简述一下标记-清除算法

标记无用对象,然后进行清除回收。

标记-清除算法(Mark-Sweep)是一种常见的基础垃圾收集算法,它将垃圾收集分为两个阶段:

  • 标记阶段:标记出可以回收的对象。
  • 清除阶段:回收被标记的对象所占用的空间。

标记-清除算法之所以是基础的,是因为后面讲到的垃圾收集算法都是在此算法的基础上进行改进的。

优点:实现简单,不需要对象进行移动。

缺点:标记、清除过程效率低,产生大量不连续的内存碎片,提高了垃圾回收的频率。

标记-清除算法的执行的过程如下图所示
标记清除.png

2.14 简述一下复制算法

为了解决标记-清除算法的效率不高的问题,产生了复制算法。它把内存空间划为两个相等的区域,每次只使用其中一个区域。垃圾收集时,遍历当前使用的区域,把存活对象复制到另外一个区域中,最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收。

  • 优点
    按顺序分配内存即可,实现简单、运行高效,不用考虑内存碎片。
  • 缺点
    可用的内存大小缩小为原来的一半,对象存活率高时会频繁进行复制。

复制算法的执行过程如下图所示
复制算法.jpg

2.15 简述一下标记-整理算法

在新生代中可以使用复制算法,但是在老年代就不能选择复制算法了,因为老年代的对象存活率会较高,这样会有较多的复制操作,导致效率变低。标记-清除算法可以应用在老年代中,但是它效率不高,在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此就出现了一种标记-整理算法(Mark-Compact)算法,与标记-整理算法不同的是,在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端,使他们紧凑的排列在一起,然后对端边界以外的内存进行回收。回收后,已用和未用的内存都各自一边。

  • 优点
    解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题。
  • 缺点
    仍需要进行局部对象移动,一定程度上降低了效率。

标记-整理算法的执行过程如下图所示
标记清除压缩算法.jpg

2.16 简述一下分代收集算法

当前商业虚拟机都采用分代收集的垃圾收集算法。分代收集算法,顾名思义是根据对象的存活周期将内存划分为几块。一般包括年轻代老年代永久代

如图所示:
分代回收算法.jpg

2.17 JVM 有哪些垃圾回收器?

如果说垃圾收集算法是内存回收的方法论,那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。下图展示了7种作用于不同分代的收集器,其中用于回收新生代的收集器包括Serial、PraNew、Parallel Scavenge,回收老年代的收集器包括Serial Old、Parallel Old、CMS,还有用于回收整个Java堆的G1收集器。不同收集器之间的连线表示它们可以搭配使用。
垃圾回收期.jpg

  • Serial收集器(复制算法):
    新生代单线程收集器,标记和清理都是单线程,优点是简单高效;
  • ParNew收集器 (复制算法):
    新生代收并行集器,实际上是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现;
  • Parallel Scavenge收集器 (复制算法):
    新生代并行收集器,追求高吞吐量,高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间),高吞吐量可以高效率的利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,适合后台应用等对交互相应要求不高的场景;
  • Serial Old收集器 (标记-整理算法):
    老年代单线程收集器,Serial收集器的老年代版本;
  • Parallel Old收集器 (标记-整理算法):
    老年代并行收集器,吞吐量优先,Parallel Scavenge收集器的老年代版本;
  • CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器(标记-清除算法):
    老年代并行收集器,以获取最短回收停顿时间为目标的收集器,具有高并发、低停顿的特点,追求最短GC回收停顿时间。
  • G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法):
    Java堆并行收集器,G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器,G1收集器基于“标记-整理”算法实现,也就是说不会产生内存碎片。此外,G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是:G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代,老年代),而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

2.18 详细介绍一下 CMS 垃圾回收器?

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称,是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上,这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。

CMS 使用的是标记-清除的算法实现的,所以在 gc 的时候回产生大量的内存碎片,当剩余内存不能满足程序运行要求时,系统将会出现 Concurrent Mode Failure,临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除,此时的性能将会被降低。

2.19 新生代垃圾回收器和老年代垃圾回收器都有哪些?有什么区别?

  • 新生代回收器:Serial、ParNew、Parallel Scavenge
  • 老年代回收器:Serial Old、Parallel Old、CMS
  • 整堆回收器:G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法,复制算法的优点是效率高,缺点是内存利用率低;老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

2.20 简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

分代回收器有两个分区:老生代和新生代,新生代默认的空间占比总空间的 1/3,老生代的默认占比是 2/3。

新生代使用的是复制算法,新生代里有 3 个分区:Eden、To Survivor、From Survivor,它们的默认占比是 8:1:1,它的执行流程如下:

  • 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区;
  • 清空 Eden 和 From Survivor 分区;
  • From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回,一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

3. JVM 类加载

3.1 JVM类加载的时机?

5种场景会触发类加载:

  1. 遇到new,getstaticputstaticinvokestatic这四条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发初始化
  2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化,
  3. 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化
  4. 当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main方法的类),虚拟机会先初始化这个类
  5. 当时用,JDK1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例后的解析结果是REF_getStaticREF_putStaticREF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄对应的类还没有进行过初始化,则需要先触发其初始化

3.2 JVM类加载过程?

类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存为止,整个生命周期包括:加载验证准备解析初始化使用卸载

加载

加载是类加载过程的一个阶段,在加载阶段虚拟机需要完成三件事

  1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的辅而进之字节流
  2. 将字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口

验证

验证就是确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全

  1. 文件格式验证
    验证字节流是否符合Class文件格式的规范
  2. 元数据验证
    对字节码描述的信息进行语义分析(注意:对比javac编译阶段的语义分析),以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求
  3. 字节码验证
    通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的
  4. 符号引用验证
    确保解析动作能正确执行。

准备

准备阶段是正式为类静态变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都在方法区中进行分配

public static int value = 123 //在准备阶段 value的值是 0 并不是123
public static final int value = 123 // 准备阶段value 的值为123

如果属性有Constant Value 属性,那么在准备阶段变量就会被初始化为所指定的值

这时候进行内存分配的仅包括类变量(static),而不包括实例变量,实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中

这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值(如0、0L、null、false等),而不是被在Java代码中被显式地赋予的值

解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

  • 直接引用
    直接引用可以使直接指向目标的指针,相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄
  • 符号引用
    符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义的定位到目标即可

主要包含:

  • 类或接口的解析
  • 字段解析
  • 类方法解析
  • 接口方法解析

初始化

初始化,为类的静态变量赋予正确的初始值,JVM负责对类进行初始化,主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式:

  1. 声明类变量是指定初始值
  2. 使用静态代码块为类变量指定初始值

JVM初始化步骤:

  1. 假如这个类还没有被加载和连接,则程序先加载并连接该类
  2. 假如该类的直接父类还没有被初始化,则先初始化其直接父类
  3. 假如类中有初始化语句,则系统依次执行这些初始化语句

类的初始化

  1. 创建类的实例,也就是new的方式
  2. 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
  3. 调用类的静态方法
  4. 反射(如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”))
  5. 初始化某个类的子类,则其父类也会被初始化
  6. Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test),直接使用java.exe命令来运行某个主类

卸载

  1. 执行了 System.exit()方法
  2. 程序正常执行结束
  3. 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
  4. 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

3.3 JVM加载Class文件的原理机制是什么?

Java中的所有类,都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类,而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候,我们几乎不需要关心类的加载,因为这些都是隐式装载的,除非我们有特殊的用法,像是反射,就需要显式的加载所需要的类。

类装载方式,有两种 :

  1. 隐式装载
    程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时,隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中,
  2. 显式装载,
    通过class.forname()等方法,显式加载需要的类

Java类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中,至于其他类,则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。

3.4 什么是类加载器,类加载器有哪些?

实现通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器。

主要有一下四种类加载器:

  1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)用来加载java核心类库,无法被java程序直接引用。
  2. 扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
  3. 系统类加载器(system class loader):它根据 Java 应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
  4. 用户自定义类加载器,通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现。

3.5 什么是双亲委派模型?

在介绍双亲委派模型之前先说下类加载器。对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性,每一个类加载器,都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存,然后再转化为 class 对象。
双亲委派.png

类加载器分类:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),是虚拟机自身的一部分,用来加载Java_HOME/lib/目录中的,或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库;
  • 其他类加载器:
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库;
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)。负责加载用户类路径(classpath)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

双亲委派模型: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,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一层的类加载器都是如此,这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载无法完成加载请求(它的搜索范围中没找到所需的类)时,子加载器才会尝试去加载类。

当一个类收到了类加载请求时,不会自己先去加载这个类,而是将其委派给父类,由父类去加载,如果此时父类不能加载,反馈给子类,由子类去完成类的加载。

4. JVM调优

4.1 用过那些JVM 调优的工具?

常用调优工具分为两类,jdk自带监控工具:jconsole和jvisualvm,第三方有:MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

  • jconsole
    Java Monitoring and Management Console是从java5开始,在JDK中自带的java监控和管理控制台,用于对JVM中内存,线程和类等的监控
  • jvisualvm
    jdk自带全能工具,可以分析内存快照、线程快照;监控内存变化、GC变化等。
  • MAT
    Memory Analyzer Tool,一个基于Eclipse的内存分析工具,是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具,它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗
  • GChisto
    一款专业分析gc日志的工具

4.2 常用的 JVM 调优的参数都有哪些?

  • -Xms2g
    初始化推大小为 2g;
  • -Xmx2g
    堆最大内存为 2g;
  • -XX:NewRatio=4
    设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4;
  • -XX:SurvivorRatio=8
    设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2;
  • –XX:+UseParNewGC
    指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+UseParallelOldGC
    指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC
    指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+PrintGC
    开启打印 gc 信息;
  • -XX:+PrintGCDetails
    打印 gc 详细信息。

4.3 如何分析GC日志?

摘录GC日志一部分(前部分为年轻代gc回收;后部分为full gc回收):

20xx-0x-0xT10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs] 
20xx-0x-0xT10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]

通过上面日志分析得出,PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年轻代的内存变化;ParOldGen表示gc回收前后老年代的内存变化;PSPermGen表示gc回收前后永久区的内存变化。young gc 主要是针对年轻代进行内存回收比较频繁,耗时短;full gc 会对整个堆内存进行回城,耗时长,因此一般尽量减少full gc的次数

4.4 JVM调优命令有那些?

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

  • 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。

4.5 你知道哪些JVM性能调优方式有那些?

  • 设定堆内存大小
    -Xmx:堆内存最大限制。
  • 设定新生代大小。 新生代不宜太小,否则会有大量对象涌入老年代
    -XX:NewSize:新生代大小
    -XX:NewRatio 新生代和老生代占比
    -XX:SurvivorRatio:伊甸园空间和幸存者空间的占比
  • 设定垃圾回收器
    年轻代用 -XX:+UseParNewGC 年老代用-XX:+UseConcMarkSweepGC

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作者:码霸霸
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