Java面試題|JVM必看15道面試題

1. 說一下 JVM 的主要組成部分？及其作用？

• class loader 類加載器：加載類文件到內存。Class loader只管加載，只要符合文件結構就加載，至於能否運行，它不負責，那是有Exectution Engine 負責的。
• exection engine ：執行引擎也叫解釋器，負責解釋命令，交由操作系統執行。
  native interface：本地接口。本地接口的作用是融合不同的語言爲java所用。
• Runtimedata area 運行數據區：運行數據區是jvm的重點，我們所有所寫的程序都被加載到這裏，之後纔開始運行。
• stack：棧也叫棧內存，是java程序的運行區，是在線程創建時創建，它的生命週期跟隨線程的生命週期，線程結束棧內存釋放；對於棧來說不存在垃圾回收的問題，只要線程一結束，該棧就結束。棧中的數據以棧幀的格式存在，棧幀是一個內存區塊，是一個數據集，是一個有關方法和運行期數據的集合，當一個方法A被調用時就產生了一個棧幀F1，並被壓入到棧中，A方法又調用了B方法，於是產生棧幀F2也被壓入棧，執行完畢後，先彈出F2棧幀，再彈出F1棧幀，遵循“先進後出”原則。
• 堆內存：一個JVM實例只存在一個堆內存，堆內存的大小是可以調節的。類的加載器讀取了類文件之後，需要把類、方法、常變量放到堆內存中，以方便執行器執行，堆內存分三部分：永久存儲（用於存放jdk自身攜帶的class,interface的元數據，也就是說它存儲的是運行環境必須的類信息，被裝載至此區域的數據是不會被垃圾回收掉的，只有關閉jvm釋放此區域所佔用的內存）區、新生區、老年代
• method area方法區：方法去是被所有線程共享，該區域保存的所有字段和字節方法碼以及一些特殊方法如構造函數，接口代碼也在此定義。
• PC Register 程序計數器：每個線程都有一個程序計數器，就是一個指針，指向方法區中的方法字節碼，由執行引擎讀取下一條指令

2. 說一下 JVM 運行時數據區？

不同虛擬機的運行時數據區可能略微有所不同，但都會遵從 Java 虛擬機規範， Java 虛擬機規範規定的區域分爲以下 5 個部分：

程序計數器（Program Counter Register）：當前線程所執行的字節碼的行號指示器，字節碼解析器的工作是通過改變這個計數器的值，來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能，都需要依賴這個計數器來完成；

Java 虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）：用於存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息；

本地方法棧（Native Method Stack）：與虛擬機棧的作用是一樣的，只不過虛擬機棧是服務 Java 方法的，而本地方法棧是爲虛擬機調用 Native 方法服務的；

Java 堆（Java Heap）：Java 虛擬機中內存最大的一塊，是被所有線程共享的，幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存；

方法區（Methed Area）：用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯後的代碼等數據。

3. 說一下堆棧的區別？

· 功能方面：堆是用來存放對象的，棧是用來執行程序的。

· 共享性：堆是線程共享的，棧是線程私有的。

· 空間大小：堆大小遠遠大於棧。

4. 隊列和棧是什麼？有什麼區別？

· 隊列和棧都是被用來預存儲數據的。

· 隊列允許先進先出檢索元素，但也有例外的情況，Deque 接口允許從兩端檢索元素。

· 棧和隊列很相似，但它運行對元素進行後進先出進行檢索。

5. 什麼是雙親委派模型？

在介紹雙親委派模型之前先說下類加載器。對於任意一個類，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立在 JVM 中的唯一性，每一個類加載器，都有一個獨立的類名稱空間。類加載器就是根據指定全限定名稱將 class 文件加載到 JVM 內存，然後再轉化爲 class 對象。

類加載器分類：

· 啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader），是虛擬機自身的一部分，用來加載Java_HOME/lib/目錄中的，或者被 -Xbootclasspath 參數所指定的路徑中並且被虛擬機識別的類庫；

· 其他類加載器：

· 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：負責加載\lib\ext目錄或Java. ext. dirs系統變量指定的路徑中的所有類庫；

· 應用程序類加載器（Application ClassLoader）。負責加載用戶類路徑（classpath）上的指定類庫，我們可以直接使用這個類加載器。一般情況，如果我們沒有自定義類加載器默認就是用這個加載器。

雙親委派模型：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一層的類加載器都是如此，這樣所有的加載請求都會被傳送到頂層的啓動類加載器中，只有當父加載無法完成加載請求（它的搜索範圍中沒找到所需的類）時，子加載器纔會嘗試去加載類。

6. 說一下類裝載的執行過程？

類裝載分爲以下 5 個步驟：

· 加載：根據查找路徑找到相應的 class 文件然後導入；

· 檢查：檢查加載的 class 文件的正確性；

· 準備：給類中的靜態變量分配內存空間；

· 解析：虛擬機將常量池中的符號引用替換成直接引用的過程。符號引用就理解爲一個標示，而在直接引用直接指向內存中的地址；

· 初始化：對靜態變量和靜態代碼塊執行初始化工作。

7. 怎麼判斷對象是否可以被回收？

一般有兩種方法來判斷：

· 引用計數器：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：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。

8. 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。

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。

· 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。

· 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。

· 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。

10. 說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

· Serial：最早的單線程串行垃圾回收器。

· Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同樣也是單線程的，可以作爲 CMS 垃圾回收器的備選預案。

· ParNew：是 Serial 的多線程版本。

· Parallel 和 ParNew 收集器類似是多線程的，但 Parallel 是吞吐量優先的收集器，可以犧牲等待時間換取系統的吞吐量。

· Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是複製的內存回收算法，Parallel Old 使用的是標記-整理的內存回收算法。

· CMS：一種以獲得最短停頓時間爲目標的收集器，非常適用 B/S 系統。

· G1：一種兼顧吞吐量和停頓時間的 GC 實現，是 JDK 9 以後的默認 GC 選項。

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生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。

14. 說一下 JVM 調優的工具？

JDK 自帶了很多監控工具，都位於 JDK 的 bin 目錄下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 這兩款視圖監控工具。

· jconsole：用於對 JVM 中的內存、線程和類等進行監控；

· jvisualvm：JDK 自帶的全能分析工具，可以分析：內存快照、線程快照、程序死鎖、監控內存的變化、gc 變化等。

15. 常用的 JVM 調優的參數都有哪些？

XX比X的穩定性更差，並且版本更新不會進行通知和說明。

• -Xms

s爲strating，表示堆內存起始大小

• -Xmx

x爲max，表示最大的堆內存

（一般來說-Xms和-Xmx的設置爲相同大小，因爲當heap自動擴容時，會發生內存抖動，影響程序的穩定性）

• -Xmn

n爲new，表示新生代大小

（-Xss：規定了每個線程虛擬機棧（堆棧）的大小）

• -XX:SurvivorRator=8

表示堆內存中新生代、老年代和永久代的比爲8:1:1

• -XX:PretenureSizeThreshold=3145728

表示當創建（new）的對象大於3M的時候直接進入老年代

• -XX:MaxTenuringThreshold=15

表示當對象的存活的年齡（minor gc一次加1）大於多少時，進入老年代

• -XX:-DisableExplicirGC

表示是否（+表示是，-表示否）打開GC日誌