关于JVM知识点

JVM 知识点汇总（问题）

JVM 知识点有 6 个大方向，其中，内存模型、类加载机制、GC 垃圾回收是比较重点的内容。性能调优部分偏重实际应用，重点突出实践能力。编译器优化和执行模式部分偏重理论基础，主要掌握知识点。

各个部分需要了解的知识点如下。

• 内存模型：程序计数器、方法区、堆、栈、本地方法栈的作用，保存哪些数据。

• 类加载：双亲委派的加载机制，以及常用类加载器分别加载哪种类型的类。

• GC：分代回收的思想和依据，以及不同垃圾回收算法实现的思路、适合的场景。

• 性能调优：常用的 JVM 优化参数的作用，参数调优的依据，常用的 JVM 分析工具能分析哪类问题，以及使用方法。

• 执行模式：解释、编译、混合模式的优缺点，Java7 提供的分层编译技术。需要知道 JIT 即时编译技术和 OSR（栈上替换），知道 C1、C2 编译器针对的场景，其中 C2 针对 Server 模式，优化更激进。在新技术方面可以了解 Java10 提供的由 Java 实现的 Graal 编译器。

• 编译优化：前端编译器 javac 的编译过程、AST 抽象语法树、编译期优化和运行期优化。编译优化的常用技术包括公共子表达式的消除、方法内联、逃逸分析、栈上分配、同步消除等。明白了这些才能写出对编译器友好的代码。

       JVM 的内容相对来说比较集中，但是对知识深度的掌握要求较高。

内存模型（看这里）

• 运行时数据区： 程序计数器、栈、本地方法栈、方法区、堆
• Java内存模型JMM
• HotSpot虚拟机对象

说明：主要了解他们分别保存了哪些数据，以及有什么作用

类加载机制（看这里）

• 类加载的基本流程
• 双亲委派机制
• 启动类加载器Bootstrap ClassLoader
• 扩展类加载器 Extension ClassLoader
• 应用程序类加载器   Application ClassLoader
• 自定义类加载器
• 破坏双亲委派模型：JDBC、热部署都是指定类加载器加载。

说明：了解双亲委派机制，以及常见的类加载器分别加载哪种类型的类和他们的执行顺序

GC（看这里）

• GC算法及其各自的优缺点：标记-清除、复制、标记-整理、分代收集
• 分代回收
  年轻代、老年代
• 收集器分类：串行收集器、并行收集器、并发收集器
• 垃圾收集器
  年轻代：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
  老年代：Serial Old、Parallel Old、CMS
  年轻代和老年代：G1

说明：分代回收的思想和依据，以及不同GC算法实现的思路和适合的场景

性能调优

• JVM参数看这里
• 调优的参数主要分为下面几个方向考虑：
  1. 内存管理配置，如：新生代老年代永久代的大小、新生代老年代的比例、新生代各个区域所占比例、新生代对象晋升老年代的年龄阈值
  2. 垃圾收集器配置，如：新生代和老年代分别采用的收集器类型，各个收集器的运行参数配置、并行收集器并行的线程数
  3. 多线程相关配置：使用自旋锁时默认的自旋次数，是否使用偏向锁等
  4. 调试参数配置：内存溢出时是否生成快照、打印JUC中锁状态、打印GC详细信息等等。
  具体配置参数可以通过查看Hotspot的参数表。
  可以简单的将调优细分为下面几个点：
  1. 设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、新生代各个区域所占比例、新生代对象晋升老年代的年龄阈值
  3. 查看峰值的老年代的大小，在不影响Full GC的情况下可以加大年轻代，减少Minor GC
  3. 配置好的机器可以采用并发收集器
  4. 每个线程默认开启1M堆栈存放栈帧，可以根据情况调小

关于OOM问题和CPU占用过高问题，都可以通过JVisualVM来观察各个线程CPU占用和内存占用

说明：常用的JVM优化参数的作用，参数调优的依据，常用的JVM分析工具能分析哪一类问题以及使用方法。

-Xms1024M 初始堆内存空间

-Xmx1024M 最大堆内存空间

-XX:NewRatio=4 设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4

-XX:SurvivorRatio=3 设置新生代 From Survivor或To Survivor 与Eden 比例为 1:3，即：Eden区占新生代的3/(3+1+1)

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

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

-XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；

-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息

还可以指定新生代和老年代的垃圾收集器

JVM调优主要是配置：堆大小、各分代的大小、指定各分代串行和并行的收集器、指定收集器的相关参数、配置打印GC回收的过程日志信息

编译优化（了解）

• 指令重排
• 内联
• 逃逸分析：方法逃逸、线程逃逸

说明：编译优化包括javac编译过程、AST抽象语法树、编译期优化和运行期优化。常用的技术包括公共子表达式的消除、方法内联、逃逸分析、同步消除等。

常见问题排查

• 内存泄露
  方式一：JDK工具：jvisualvm的profiler分析器插件可以直接进行内存分析。
  方式二：JDK工具：jvisualvm可以到处内存快照dump文件，然后使用idea插件jprofiler分析dump文件
  方式三：先使用jps命令查看Java进程pid，然后使用jmap命令导出内存快照dump文件，然后使用idea插件jprofiler分析dump文件。还可以使用jstat命令查看GC情况
• 死锁
  方式一：JDK工具：jconsole的线程监控提供了检测死锁的功能
  方式二：先试用jps查看Java进程的pid，在使用jstack命令查看对应进程的线程情况。
• CPU占用过高
  方式一：JDK工具：jvisualvm工具的profiler分析器插件可以直接分析线程的CPU占用情况。
  方式二：先试用linux的top命令查看对应占用CPU高的进程，然后在利用linux的ps命令查看对应的进程的线程大致情况，在利用jstack命令查看具体有问题线程的堆栈情况。

考察点

总结 JVM 相关的面试考察点如下：

1. 深入了解 JVM 的内存模型和 Java 的内存模型；

2. 要了解类的加载过程，了解双亲委派机制；

3. 要理解内存的可见性与 Java 内存模型对原子性、可见性、有序性的保证机制；

4. 要了解常用的 GC 算法的特点、执行过程，和适用场景，例如 G1 适合对最大延迟有要求的场合，ZGC 适用于 64 位系统的大内存服务中；

5. 要了解常用的 JVM 参数，明白对不同参数的调整会有怎样的影响，适用什么样的场景，例如垃圾回收的并发数、偏向锁设置等。

加分项

如果想要给面试官留下更好的印象，注意这些加分项。

1. 如果在编译器优化方面有深入的了解的话，会让面试官觉得你对技术的深度比较有追求。例如知道在编程时如何合理利用栈上分配降低 GC 压力、如何编写适合内联优化等代码等。

2. 如果你能有线上实际问题的排查经验或思路那就更好了，面试官都喜欢动手能力强的同学。例如解决过线上经常 FullGC 问题，排查过内存泄露问题等。

3. 如果能有针对特定场景的 JVM 优化实践或者优化思路，也会有意想不到的效果。例如针对高并发低延迟的场景，如何调整 GC 参数尽量降低 GC 停顿时间，针对队列处理机如何尽可能提高吞吐率等；

4. 如果对最新的 JVM 技术趋势有所了解，也会给面试官留下比较深刻的印象。例如了解 ZGC 高效的实现原理，了解 Graalvm 的特点等。

关于JVM常见的问题

• 简单描述一下JVM内存模型，回答这个问题时记得和面试官确认是希望回答 JVM 的内存模型，还是 Java 对内存访问的模型，不要答跑偏。

• 什么情况下会触发MinGC、MajorGC、FullGC？
  Minor GC  用于清理年轻代，Eden满了，就触发Minor GC ，清理无用对象，把有用对象放到Survivor1或Survivor2中。Major GC  用于清理老年代。
  Full GC  清理年轻代、老年代区域，成本高，对系统性能产生影响

• 双亲委派机制的加载流程是怎样的，有什么好处？能否说出一些破坏双亲委派机制的情况？

• JDK1.8为什么用Metaspace替换的PermGen？Metaspace保存在哪里

• 编译期会对指令做哪些优化？简单描述编译期的指令重排

• 简单描述一下volatile可以解决什么问题？如何做到的？ volatile 要重点回答强制主内存读写同步以及防止指令重排序两点。

• 简单描述一下GC的分代回收。

• G1垃圾回收算法与CMS的区别有哪些？

• 对象的引用有哪几种？强、软、弱、虚，这几种引用有什么特点？答出分别在 GC 中的处理方式。

• 用过哪些JVM调试工具，他们分别用来分析什么内容？
  jvisualvm 内存占用信息、CPU占用信息。
  jconsole可以查看内存情，也可以查看活跃的线程情况。
  线程分析工具 jstack 和获取堆信息的 jmap 等。