面试一个30K的岗位，从JVM的根源问到了架构思想

Posted 2023-03-31 Java技术那些事儿

前言

一般公司简单的问题都不好意思问，怕面试者鄙视面试公司的技术水平。所以很多公司都慢慢向阿里这样的公司靠近，面试不问点 jvm、并发、分布式都不好意思（虽然公司可能没有用到，虽然可能仅仅 CURD），尤其是 JVM 相关的问题能凸显逼格，很多公司的确都在学习阿里这种公司的面试风格，都在问这些问题，那么我们就朝着这些大的方向努力也是没错的，如果朝着这些方向努力就是他们需要的人才，那么也就对了。

关于JVM

《深入理解Java虚拟机--JVM高级特性与最佳实践》

《Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（最新第二版）》

内容简介

作为一位Java程序员，你是否也曾经想深入理解Java虚拟机，但是却被它的复杂和深奥拒之门外？没关系，本书极尽化繁为简之妙，能带领你在轻松中领略Java虚拟机的奥秘。本书是近年来国内出版的一本与Java虚拟机相关的专著，也是一本同时从核心理论和实际运用这两个角度去探讨Java虚拟机的著作，不仅理论分析得透彻，而且书中包含的典型案例和佳实践也极具现实指导意义。

简单说点

JVM的流行

“一次编写，到处运行”（Write once, run anywhere、WORA，有时也作“write once, run everywhere”、WORE），是 Sun 公司用来展示 Java 程序设计语言的跨平台特性的口号。

理想中，这意味着 Java 可以在任何设备上开发，编译成一段标准的字节码并且可以在任何安装有 Java 虚拟机（JVM）的设备上运行。

在芯片、设备和软件包中安装 Java 已经成为一种工业实践的标准。目前 Java 的发展已经到了一直被模仿，无法被超越的地步。同时 Java 虚拟机不和包括 Java 在内的任何语言绑定，它只与“Class 文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class 文件中包含了 Java 虚拟机指令集合符号表以及若干其他辅助信息。Java 运行过程如图 1.2

根据上图我们看到在 JVM 中的最后在操作系统平台执行的过程中（从字节码向机器码转换过程中）真正采用的是“解释”机制。即翻译一句，执行一句，不产生整个的机器代码程序。翻译过程如果不出现错误，就一直进行到完毕，否则将在错误处停止执行。同一个程序，如果是解释执行的，那么它的运行速度通常比编译为可执行的机器代码的运行速度慢一些，所以在 Hotspot 采用的是先解释执行，到了一定时机后热点代码（热点代码探测技术找出最有编译价值的代码）再翻译成机器码，这样可以提高 JVM 的运行速度。

站在架构师的角度看 JVM 的架构

JVM 的基本结构如图 2 所示

我们编写的 Class 类要在 JVM 中运行，首先是类加载子系统负责从文件或网络加载 Class 信息，加载的类信息存放在一块称为方法区的内存空间。同时在 JVM 启动的后，几乎所有的Java 对象实例都存放在堆中，堆空间是所有线程共享的，这是一块与 Java 应用密切相关的内存区域。

当然你如果使用 NIO 技术， NIO 库允许使用直接内存，直接内存是在 Java 堆外的，通常，访问直接内存的速度会优于堆。

同样在 JVM 中使用线程的话，每一个 JVM 的线程都有一个私有的 Java 虚拟机栈，本地方法栈和Java 虚拟机栈非常类似，最大的不同在于Java 虚拟机栈用于 Java 方法的调用，而本地方法栈用于本地方法的调用（作为 JVM 的重要拓展，JVM 允许 Java 直接调用本地方法，这些方法通常是 C 编写）。

程序计数器也叫 PC 寄存器，它用于存放执行 Java 方法时 Java 虚拟机栈时的指令的行号，如果是本地方法，那么这个值是 undefined。

同样垃圾回收系统是 JVM 的重要组成部分，它可以对方法区、堆和直接内存进行回收，一般情况下对这些内存进行回收是全自动化管理。执行引擎是 JVM 最核心的组件之一，它负责执行 JVM 的字节码，一般是解释执行，在 Hostpot 版本的 JVM 为了效率，会采用及时编译技术将方法编译成机器码再执行。

怎么样才叫掌握

在简历中，对某项技术的掌握、熟练使用都是公司挑选人才的门槛，一旦你写了掌握JVM，那么你要做好你被面试官刨根问底的准备。

这张图片可能不够清晰，这里基本涵盖了JVM需要掌握的最前沿系统的技术体系。看着可能不太多，但你真正钻进去的时候，你会发现，里面很大。

你要准备好面试，JVM你参透了多少？

JVM部分面试题

1.内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。

2.堆里面的分区：Eden，survival （from+ to），老年代，各自的特点。

3.对象创建方法，对象的内存分配，对象的访问定位。

...

看了最新大厂面试，这6道JVM面试题都被问到了

前言

本系列会系统的整理MySQL，Redis，SSM框架，算法，计网等面试常问技术栈的面试题，本文主要是整理分享了JVM相关的面试题，MySQL、Spring之前已经更新了，需要的同学也可以去看一下，希望对正在准备秋招的你们有所帮助！

JVM面试题：

• JVM内存为什么要分成新生代，老年代
• 新生代中为什么要分为Eden和Survivor
• JVM中一次完整的GC流程是怎样的
• CMS收集器和G1收集器的区别
• JVM 调优
• CPU飙升如何排查

当然个人整理的所有面试题都无偿分享，只求大伙一个点赞关注转发三连，这些文档都放在文末了，需要的同学可以自取

1. JVM内存为什么要分成新生代，老年代？

1.1 JVM共享内存划分

• 共享内存区 = 持久代 + 堆（jdk1.8及以上jvm废弃了持久代）
• 持久代 = 方法区 + 其他
• Java堆 = 老年代 + 新生代
• 新生代 = Eden + S0 + S1

1.2 为什么分年老代和新生代

• 新生代：主要存放新创建的对象，内存大小一般会比较小，垃圾回收会比较频繁。
• 老年代(Tenured Gen)：主要存放JVM认为生命周期比较长的对象（经过几次的Young GC的垃圾回收后仍然存在），或者大对象，垃圾回收也相对没有那么频繁。

为什么划分老年代和新生代，主要对象大小不一样，对象生命周期不一样。划分后，提供垃圾回收效率，节省资源，提升对象利用率等等。

2. 新生代为何划分Eden和Survivor？为什么设置两个Survivor

• 如果没有Survivor，Eden区每进行一次Minor GC，存活的对象就会被送到老年代。老年代很快被填满，触发Major GC.老年代的内存空间远大于新生代，进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多,所以需要分为Eden和Survivor。
• Survivor的存在意义，就是减少被送到老年代的对象，进而减少Full GC的发生，Survivor的预筛选保证，只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。
• 设置两个Survivor区最大的好处就是解决了碎片化，刚刚新建的对象在Eden中，经历一次Minor GC，Eden中的存活对象就会被移动到第一块survivor space S0，Eden被清空；等Eden区再满了，就再触发一次Minor GC，Eden和S0中的存活对象又会被复制送入第二块survivor space S1（这个过程非常重要，因为这种复制算法保证了S1中来自S0和Eden两部分的存活对象占用连续的内存空间，避免了碎片化的发生）

3. JVM中一次完整的GC流程是怎样的

• Java堆划分为老年代和新生代
• 新生代 划分为Eden和两个Survivor(S0、S1)
• 当 Eden区的空间满了， Java虚拟机会触发一次Minor GC，以收集新生代的垃圾，存活下来的对象，则会转移到 Survivor区。
• 大对象（需要大量连续内存空间的Java对象，如那种很长的字符串）直接进入老年态；
• 如果对象在Eden出生，并经过第一次Minor GC后仍然存活，并且被Survivor容纳的话，年龄设为1，每熬过一次Minor GC，年龄+1，若年龄超过一定限制（15），则被晋升到老年态。即长期存活的对象进入老年态。
• 老年代满了而无法容纳更多的对象，Minor GC 之后通常就会进行Full GC，Full GC 清理整个内存堆 – 包括年轻代和年老代。
• Major GC 发生在老年代的GC，清理老年区，经常会伴随至少一次Minor GC，比Minor GC慢10倍以上。

4. CMS收集器和G1收集器的区别

• CMS收集器是老年代的收集器，一般配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用；G1收集器收集范围是老年代和新生代，不需要结合其他收集器使用；
• CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器， G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间。
• CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收，容易产生内存碎片；而G1收集器使用的是“标记-整理”算法，进行了空间整合，降低了内存空间碎片。
• CMS和G1的回收过程不一样，垃圾回收的过程不一样。CMS是初始标记、并发标记、重新标记、并发清理;G1是初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。

5. JVM 调优

JVM调优其实就是通过调节JVM参数，即对垃圾收集器和内存分配的调优，以达到更高的吞吐和性能。JVM调优主要调节以下参数

堆栈内存相关

• -Xms 设置初始堆的大小
• -Xmx 设置最大堆的大小
• -Xmn 设置年轻代大小，相当于同时配置-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize为一样的值
• -Xss 每个线程的堆栈大小
• -XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)
• -XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)
• -XX:NewRatio 年轻代与年老代的比值(除去持久代)
• -XX:SurvivorRatio Eden区与Survivor区的的比值
• -XX:PretenureSizeThreshold 当创建的对象超过指定大小时，直接把对象分配在老年代。
• -XX:MaxTenuringThreshold设定对象在Survivor复制的最大年龄阈值，超过阈值转移到老年代

垃圾收集器相关

• -XX:+UseParallelGC：选择垃圾收集器为并行收集器。
• -XX:ParallelGCThreads=20：配置并行收集器的线程数
• -XX:+UseConcMarkSweepGC：设置年老代为并发收集。
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行5次GC以后对内存空间进行压缩、整理。
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

辅助信息相关

• -XX:+PrintGCDetails 打印GC详细信息
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError让JVM在发生内存溢出的时候自动生成内存快照,排查问题用
• -XX:+DisableExplicitGC禁止系统System.gc()，防止手动误触发FGC造成问题.
• -XX:+PrintTLAB 查看TLAB空间的使用情况

6. CPU飙升如何排查

• 输入jps，获得进程号。
• top -Hp pid 获取本进程中所有线程的CPU耗时性能
• printf %x cpu最高的线程（即转为16进制）
• jstack 命令查看当前java进程的堆栈状态 | grep 那个16进制
• 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆栈信息打到一个txt文件。

资料领取

本文就先写到这里，面试中常问的一些题目我都有整理的，后面会持续更新，需要PDF的好兄弟可以点赞本文+关注后【点击此处】即可领取