關於JVM垃圾收集器的面試題
1、簡述Java垃圾回收機制
2、GC是什麼？爲什麼要GC
3、垃圾回收的優點和原理。並考慮2種回收機制
4、垃圾回收器的基本原理是什麼？垃圾回收器可以馬上回收內存嗎？有什麼辦法主動通知虛擬機進行垃圾回收？
5、Java 中都有哪些引用類型？
6、怎麼判斷對象是否可以被回收？
7、在Java中，對象什麼時候可以被垃圾回收
8、JVM中的永久代中會發生垃圾回收嗎
9、說一下 JVM 有哪些垃圾回收算法？
10、說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？
11、詳細介紹一下 CMS 垃圾回收器？
12、新生代垃圾回收器和老年代垃圾回收器都有哪些？有什麼區別？
13、簡述分代垃圾回收器是怎麼工作的？
1、簡述Java垃圾回收機制
在java中，程序員是不需要顯示的去釋放一個對象的內存的，而是由虛擬機自行執行。在JVM中，有一個垃圾回收線程，它是低優先級的，在正常情況下是不會執行的，只有在虛擬機空閒或者當前堆內存不足時，纔會觸發執行，掃面那些沒有被任何引用的對象，並將它們添加到要回收的集合中，進行回收。
2、GC是什麼？爲什麼要GC
GC 是垃圾收集的意思（Gabage Collection）,內存處理是編程人員容易出現問題的地方，忘記或者錯誤的內存
回收會導致程序或系統的不穩定甚至崩潰，Java 提供的 GC 功能可以自動監測對象是否超過作用域從而達到自動
回收內存的目的，Java 語言沒有提供釋放已分配內存的顯示操作方法。
3、垃圾回收的優點和原理。並考慮2種回收機制
Java語言最顯著的特點就是引入了垃圾回收機制，它使java程序員在編寫程序時不再考慮內存管理的問題。
由於有這個垃圾回收機制，java中的對象不再有“作用域”的概念，只有引用的對象纔有“作用域”。
垃圾回收機制有效的防止了內存泄露，可以有效的使用可使用的內存。
垃圾回收器通常作爲一個單獨的低級別的線程運行，在不可預知的情況下對內存堆中已經死亡的或很長時間沒有用過的對象進行清除和回收。
程序員不能實時的對某個對象或所有對象調用垃圾回收器進行垃圾回收。
垃圾回收有分代複製垃圾回收、標記垃圾回收、增量垃圾回收。
4、垃圾回收器的基本原理是什麼？垃圾回收器可以馬上回收內存嗎？有什麼辦法主動通知虛擬機進行垃圾回收？
對於GC來說，當程序員創建對象時，GC就開始監控這個對象的地址、大小以及使用情況。
通常，GC採用有向圖的方式記錄和管理堆(heap)中的所有對象。通過這種方式確定哪些對象是"可達的"，哪些對象是"不可達的"。當GC確定一些對象爲"不可達"時，GC就有責任回收這些內存空間。
可以。程序員可以手動執行System.gc()，通知GC運行，但是Java語言規範並不保證GC一定會執行。
5、Java 中都有哪些引用類型？
- 強引用：發生 gc 的時候不會被回收。
- 軟引用：有用但不是必須的對象，在發生內存溢出之前會被回收。
- 弱引用：有用但不是必須的對象，在下一次GC時會被回收。
- 虛引用（幽靈引用/幻影引用）：無法通過虛引用獲得對象，用 PhantomReference 實現虛引用，虛引用的用途是在 gc 時返回一個通知。
6、怎麼判斷對象是否可以被回收？
垃圾收集器在做垃圾回收的時候，首先需要判定的就是哪些內存是需要被回收的，哪些對象是「存活」的，是不可以被回收的；哪些對象已經「死掉」了，需要被回收。
一般有兩種方法來判斷：
- 引用計數器法：爲每個對象創建一個引用計數，有對象引用時計數器 +1，引用被釋放時計數 -1，當計數器爲 0 時就可以被回收。它有一個缺點不能解決循環引用的問題；
- 可達性分析算法：從 GC Roots 開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈。當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是可以被回收的。
7、在Java中，對象什麼時候可以被垃圾回收
當對象對當前使用這個對象的應用程序變得不可觸及的時候，這個對象就可以被回收了。
垃圾回收不會發生在永久代，如果永久代滿了或者是超過了臨界值，會觸發完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔細查看垃圾收集器的輸出信息，就會發現永久代也是被回收的。這就是爲什麼正確的永久代大小對避免Full GC是非常重要的原因。
8、JVM中的永久代中會發生垃圾回收嗎
垃圾回收不會發生在永久代，如果永久代滿了或者是超過了臨界值，會觸發完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔細查看垃圾收集器的輸出信息，就會發現永久代也是被回收的。這就是爲什麼正確的永久代大小對避免Full GC是非常重要的原因。請參考下Java8：從永久代到元數據區
(譯者注：Java8中已經移除了永久代，新加了一個叫做元數據區的native內存區)
9、說一下 JVM 有哪些垃圾回收算法？
- 標記-清除算法：標記無用對象，然後進行清除回收。缺點：效率不高，無法清除垃圾碎片。
- 複製算法：按照容量劃分二個大小相等的內存區域，當一塊用完的時候將活着的對象複製到另一塊上，然後再把已使用的內存空間一次清理掉。缺點：內存使用率不高，只有原來的一半。
- 標記-整理算法：標記無用對象，讓所有存活的對象都向一端移動，然後直接清除掉端邊界以外的內存。
- 分代算法：根據對象存活週期的不同將內存劃分爲幾塊，一般是新生代和老年代，新生代基本採用複製算法，老年代採用標記整理算法。
標記-清除算法
標記無用對象，然後進行清除回收。
標記-清除算法（Mark-Sweep）是一種常見的基礎垃圾收集算法，它將垃圾收集分爲兩個階段：
- 標記階段：標記出可以回收的對象。
- 清除階段：回收被標記的對象所佔用的空間。
標記-清除算法之所以是基礎的，是因爲後面講到的垃圾收集算法都是在此算法的基礎上進行改進的。
優點：實現簡單，不需要對象進行移動。
缺點：標記、清除過程效率低，產生大量不連續的內存碎片，提高了垃圾回收的頻率。
標記-清除算法的執行的過程如下圖所示
複製算法
爲了解決標記-清除算法的效率不高的問題，產生了複製算法。它把內存空間劃爲兩個相等的區域，每次只使用其中一個區域。垃圾收集時，遍歷當前使用的區域，把存活對象複製到另外一個區域中，最後將當前使用的區域的可回收的對象進行回收。
優點：按順序分配內存即可，實現簡單、運行高效，不用考慮內存碎片。
缺點：可用的內存大小縮小爲原來的一半，對象存活率高時會頻繁進行復制。
複製算法的執行過程如下圖所示
標記-整理算法
在新生代中可以使用複製算法，但是在老年代就不能選擇複製算法了，因爲老年代的對象存活率會較高，這樣會有較多的複製操作，導致效率變低。標記-清除算法可以應用在老年代中，但是它效率不高，在內存回收後容易產生大量內存碎片。因此就出現了一種標記-整理算法（Mark-Compact）算法，與標記-整理算法不同的是，在標記可回收的對象後將所有存活的對象壓縮到內存的一端，使他們緊湊的排列在一起，然後對端邊界以外的內存進行回收。回收後，已用和未用的內存都各自一邊。
優點：解決了標記-清理算法存在的內存碎片問題。
缺點：仍需要進行局部對象移動，一定程度上降低了效率。
標記-整理算法的執行過程如下圖所示
分代收集算法
當前商業虛擬機都採用分代收集的垃圾收集算法。分代收集算法，顧名思義是根據對象的存活週期將內存劃分爲幾塊。一般包括年輕代、老年代 和 永久代，如圖所示：
10、說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？
如果說垃圾收集算法是內存回收的方法論，那麼垃圾收集器就是內存回收的具體實現。下圖展示了7種作用於不同分代的收集器，其中用於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，還有用於回收整個Java堆的G1收集器。不同收集器之間的連線表示它們可以搭配使用。
- Serial收集器（複製算法): 新生代單線程收集器，標記和清理都是單線程，優點是簡單高效；
- ParNew收集器 (複製算法): 新生代收並行集器，實際上是Serial收集器的多線程版本，在多核CPU環境下有着比Serial更好的表現；
- Parallel Scavenge收集器 (複製算法): 新生代並行收集器，追求高吞吐量，高效利用 CPU。吞吐量 = 用戶線程時間/(用戶線程時間+GC線程時間)，高吞吐量可以高效率的利用CPU時間，儘快完成程序的運算任務，適合後臺應用等對交互相應要求不高的場景；
- Serial Old收集器 (標記-整理算法): 老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本；
- Parallel Old收集器 (標記-整理算法)： 老年代並行收集器，吞吐量優先，Parallel Scavenge收集器的老年代版本；
- CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標記-清除算法）： 老年代並行收集器，以獲取最短回收停頓時間爲目標的收集器，具有高併發、低停頓的特點，追求最短GC回收停頓時間。
- G1(Garbage First)收集器 (標記-整理算法)： Java堆並行收集器，G1收集器是JDK1.7提供的一個新收集器，G1收集器基於“標記-整理”算法實現，也就是說不會產生內存碎片。此外，G1收集器不同於之前的收集器的一個重要特點是：G1回收的範圍是整個Java堆(包括新生代，老年代)，而前六種收集器回收的範圍僅限於新生代或老年代。
11、詳細介紹一下 CMS 垃圾回收器？
CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的簡稱，是以犧牲吞吐量爲代價來獲得最短回收停頓時間的垃圾回收器。對於要求服務器響應速度的應用上，這種垃圾回收器非常適合。在啓動 JVM 的參數加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”來指定使用 CMS 垃圾回收器。
CMS 使用的是標記-清除的算法實現的，所以在 gc 的時候回產生大量的內存碎片，當剩餘內存不能滿足程序運行要求時，系統將會出現 Concurrent Mode Failure，臨時 CMS 會採用 Serial Old 回收器進行垃圾清除，此時的性能將會被降低。
12、新生代垃圾回收器和老年代垃圾回收器都有哪些？有什麼區別？
- 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採用的是複製算法，複製算法的優點是效率高，缺點是內存利用率低；老年代回收器一般採用的是標記-整理的算法進行垃圾回收。
13、簡述分代垃圾回收器是怎麼工作的？
分代回收器有兩個分區：老生代和新生代，新生代默認的空間佔比總空間的 1/3，老生代的默認佔比是 2/3。
新生代使用的是複製算法，新生代裏有 3 個分區：Eden、To Survivor、From Survivor，它們的默認佔比是 8:1:1，它的執行流程如下：
- 把 Eden + From Survivor 存活的對象放入 To Survivor 區；
- 清空 Eden 和 From Survivor 分區；
- From Survivor 和 To Survivor 分區交換，From Survivor 變 To Survivor，To Survivor 變 From Survivor。
每次在 From Survivor 到 To Survivor 移動時都存活的對象，年齡就 +1，當年齡到達 15（默認配置是 15）時，升級爲老生代。大對象也會直接進入老生代。
老生代當空間佔用到達某個值之後就會觸發全局垃圾收回，一般使用標記整理的執行算法。以上這些循環往復就構成了整個分代垃圾回收的整體執行流程。
最後
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