關於JVM知識點

JVM 知識點彙總（問題）

JVM 知識點有 6 個大方向，其中，內存模型、類加載機制、GC 垃圾回收是比較重點的內容。性能調優部分偏重實際應用，重點突出實踐能力。編譯器優化和執行模式部分偏重理論基礎，主要掌握知識點。

各個部分需要了解的知識點如下。

• 內存模型：程序計數器、方法區、堆、棧、本地方法棧的作用，保存哪些數據。

• 類加載：雙親委派的加載機制，以及常用類加載器分別加載哪種類型的類。

• GC：分代回收的思想和依據，以及不同垃圾回收算法實現的思路、適合的場景。

• 性能調優：常用的 JVM 優化參數的作用，參數調優的依據，常用的 JVM 分析工具能分析哪類問題，以及使用方法。

• 執行模式：解釋、編譯、混合模式的優缺點，Java7 提供的分層編譯技術。需要知道 JIT 即時編譯技術和 OSR（棧上替換），知道 C1、C2 編譯器針對的場景，其中 C2 針對 Server 模式，優化更激進。在新技術方面可以瞭解 Java10 提供的由 Java 實現的 Graal 編譯器。

• 編譯優化：前端編譯器 javac 的編譯過程、AST 抽象語法樹、編譯期優化和運行期優化。編譯優化的常用技術包括公共子表達式的消除、方法內聯、逃逸分析、棧上分配、同步消除等。明白了這些才能寫出對編譯器友好的代碼。

       JVM 的內容相對來說比較集中，但是對知識深度的掌握要求較高。

內存模型（看這裏）

• 運行時數據區： 程序計數器、棧、本地方法棧、方法區、堆
• Java內存模型JMM
• HotSpot虛擬機對象

說明：主要了解他們分別保存了哪些數據，以及有什麼作用

類加載機制（看這裏）

• 類加載的基本流程
• 雙親委派機制
• 啓動類加載器Bootstrap ClassLoader
• 擴展類加載器 Extension ClassLoader
• 應用程序類加載器   Application ClassLoader
• 自定義類加載器
• 破壞雙親委派模型：JDBC、熱部署都是指定類加載器加載。

說明：瞭解雙親委派機制，以及常見的類加載器分別加載哪種類型的類和他們的執行順序

GC（看這裏）

• GC算法及其各自的優缺點：標記-清除、複製、標記-整理、分代收集
• 分代回收
  年輕代、老年代
• 收集器分類：串行收集器、並行收集器、併發收集器
• 垃圾收集器
  年輕代：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
  老年代：Serial Old、Parallel Old、CMS
  年輕代和老年代：G1

說明：分代回收的思想和依據，以及不同GC算法實現的思路和適合的場景

性能調優

• JVM參數看這裏
• 調優的參數主要分爲下面幾個方向考慮：
  1. 內存管理配置，如：新生代老年代永久代的大小、新生代老年代的比例、新生代各個區域所佔比例、新生代對象晉升老年代的年齡閾值
  2. 垃圾收集器配置，如：新生代和老年代分別採用的收集器類型，各個收集器的運行參數配置、並行收集器並行的線程數
  3. 多線程相關配置：使用自旋鎖時默認的自旋次數，是否使用偏向鎖等
  4. 調試參數配置：內存溢出時是否生成快照、打印JUC中鎖狀態、打印GC詳細信息等等。
  具體配置參數可以通過查看Hotspot的參數表。
  可以簡單的將調優細分爲下面幾個點：
  1. 設置堆的最大和最小值
  2. 新生代老年代永久代的大小、新生代老年代的比例、新生代各個區域所佔比例、新生代對象晉升老年代的年齡閾值
  3. 查看峯值的老年代的大小，在不影響Full GC的情況下可以加大年輕代，減少Minor GC
  3. 配置好的機器可以採用併發收集器
  4. 每個線程默認開啓1M堆棧存放棧幀，可以根據情況調小

關於OOM問題和CPU佔用過高問題，都可以通過JVisualVM來觀察各個線程CPU佔用和內存佔用

說明：常用的JVM優化參數的作用，參數調優的依據，常用的JVM分析工具能分析哪一類問題以及使用方法。

-Xms1024M 初始堆內存空間

-Xmx1024M 最大堆內存空間

-XX:NewRatio=4 設置年輕的和老年代的內存比例爲 1:4

-XX:SurvivorRatio=3 設置新生代 From Survivor或To Survivor 與Eden 比例爲 1:3，即：Eden區佔新生代的3/(3+1+1)

-XX:PermSize=128M  JDK1.8後用-XX:MetaspaceSize代替

-XX:MaxPermSize=246M JDK1.8後用-XX:MaxMetaspaceSize代替

-XX:+PrintGC：開啓打印 gc 信息；

-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 詳細信息

還可以指定新生代和老年代的垃圾收集器

JVM調優主要是配置：堆大小、各分代的大小、指定各分代串行和並行的收集器、指定收集器的相關參數、配置打印GC回收的過程日誌信息

編譯優化（瞭解）

• 指令重排
• 內聯
• 逃逸分析：方法逃逸、線程逃逸

說明：編譯優化包括javac編譯過程、AST抽象語法樹、編譯期優化和運行期優化。常用的技術包括公共子表達式的消除、方法內聯、逃逸分析、同步消除等。

常見問題排查

• 內存泄露
  方式一：JDK工具：jvisualvm的profiler分析器插件可以直接進行內存分析。
  方式二：JDK工具：jvisualvm可以到處內存快照dump文件，然後使用idea插件jprofiler分析dump文件
  方式三：先使用jps命令查看Java進程pid，然後使用jmap命令導出內存快照dump文件，然後使用idea插件jprofiler分析dump文件。還可以使用jstat命令查看GC情況
• 死鎖
  方式一：JDK工具：jconsole的線程監控提供了檢測死鎖的功能
  方式二：先試用jps查看Java進程的pid，在使用jstack命令查看對應進程的線程情況。
• CPU佔用過高
  方式一：JDK工具：jvisualvm工具的profiler分析器插件可以直接分析線程的CPU佔用情況。
  方式二：先試用linux的top命令查看對應占用CPU高的進程，然後在利用linux的ps命令查看對應的進程的線程大致情況，在利用jstack命令查看具體有問題線程的堆棧情況。

考察點

總結 JVM 相關的面試考察點如下：

1. 深入瞭解 JVM 的內存模型和 Java 的內存模型；

2. 要了解類的加載過程，瞭解雙親委派機制；

3. 要理解內存的可見性與 Java 內存模型對原子性、可見性、有序性的保證機制；

4. 要了解常用的 GC 算法的特點、執行過程，和適用場景，例如 G1 適合對最大延遲有要求的場合，ZGC 適用於 64 位系統的大內存服務中；

5. 要了解常用的 JVM 參數，明白對不同參數的調整會有怎樣的影響，適用什麼樣的場景，例如垃圾回收的併發數、偏向鎖設置等。

加分項

如果想要給面試官留下更好的印象，注意這些加分項。

1. 如果在編譯器優化方面有深入的瞭解的話，會讓面試官覺得你對技術的深度比較有追求。例如知道在編程時如何合理利用棧上分配降低 GC 壓力、如何編寫適合內聯優化等代碼等。

2. 如果你能有線上實際問題的排查經驗或思路那就更好了，面試官都喜歡動手能力強的同學。例如解決過線上經常 FullGC 問題，排查過內存泄露問題等。

3. 如果能有針對特定場景的 JVM 優化實踐或者優化思路，也會有意想不到的效果。例如針對高併發低延遲的場景，如何調整 GC 參數儘量降低 GC 停頓時間，針對隊列處理機如何儘可能提高吞吐率等；

4. 如果對最新的 JVM 技術趨勢有所瞭解，也會給面試官留下比較深刻的印象。例如瞭解 ZGC 高效的實現原理，瞭解 Graalvm 的特點等。

關於JVM常見的問題

• 簡單描述一下JVM內存模型，回答這個問題時記得和麪試官確認是希望回答 JVM 的內存模型，還是 Java 對內存訪問的模型，不要答跑偏。

• 什麼情況下會觸發MinGC、MajorGC、FullGC？
  Minor GC  用於清理年輕代，Eden滿了，就觸發Minor GC ，清理無用對象，把有用對象放到Survivor1或Survivor2中。Major GC  用於清理老年代。
  Full GC  清理年輕代、老年代區域，成本高，對系統性能產生影響

• 雙親委派機制的加載流程是怎樣的，有什麼好處？能否說出一些破壞雙親委派機制的情況？

• JDK1.8爲什麼用Metaspace替換的PermGen？Metaspace保存在哪裏

• 編譯期會對指令做哪些優化？簡單描述編譯期的指令重排

• 簡單描述一下volatile可以解決什麼問題？如何做到的？ volatile 要重點回答強制主內存讀寫同步以及防止指令重排序兩點。

• 簡單描述一下GC的分代回收。

• G1垃圾回收算法與CMS的區別有哪些？

• 對象的引用有哪幾種？強、軟、弱、虛，這幾種引用有什麼特點？答出分別在 GC 中的處理方式。

• 用過哪些JVM調試工具，他們分別用來分析什麼內容？
  jvisualvm 內存佔用信息、CPU佔用信息。
  jconsole可以查看內存情，也可以查看活躍的線程情況。
  線程分析工具 jstack 和獲取堆信息的 jmap 等。