Java面试问题笔记——JVM

Posted 2022-12-14 亮子zl

1、知识点汇总

JVM是Java运行基础,面试时一定会遇到JVM的有关问题,内容相对集中,但对只是深度要求较高.

其中内存模型,类加载机制,GC是重点方面.性能调优部分更偏向应用,重点突出实践能力.编译器优化和执行模式部分偏向于理论基础,重点掌握知识点.

需了解
内存模型各部分作用,保存哪些数据.

类加载双亲委派加载机制,常用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的回收思路和适合场景.

性能调优常有JVM优化参数作用,参数调优的依据,常用的JVM分析工具能分析哪些问题以及使用方法.

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,JIT即时编译技术,OSR栈上替换,C1/C2编译器针对的场景,C2针对的是server模式,优化更激进.新技术方面Java10的graal编译器

编译器优化javac的编译过程,ast抽象语法树,编译器优化和运行器优化.

2、知识点详解
2.1、JVM内存模型
线程独占:栈,本地方法栈,程序计数器
线程共享:堆,方法区

2.2、栈
又称方法栈,线程私有的,线程执行方法是都会创建一个栈阵,用来存储局部变量表,操作栈,动态链接,方法出口等信息.调用方法时执行入栈,方法返回式执行出栈.

2.3、本地方法栈
与栈类似,也是用来保存执行方法的信息.执行Java方法是使用栈,执行Native方法时使用本地方法栈.

2.4、程序计数器
保存着当前线程执行的字节码位置,每个线程工作时都有独立的计数器,只为执行Java方法服务,执行Native方法时,程序计数器为空.

2.5、堆
JVM内存管理最大的一块,对被线程共享,目的是存放对象的实例,几乎所欲的对象实例都会放在这里,当堆没有可用空间时,会抛出OOM异常.根据对象的存活周期不同,JVM把对象进行分代管理,由垃圾回收器进行垃圾的回收管理

2.6、方法区
又称非堆区,用于存储已被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译器优化后的代码等数据.1.7的永久代和1.8的元空间都是方法区的一种实现

回答以上问题是需回答两个要点:

   各部分功能
   是否是线程共享

2.7、JMM与内存可见性

JMM是定义程序中变量的访问规则,线程对于变量的操作只能在自己的工作内存中进行,而不能直接对主内存操作.由于指令重排序,读写的顺序会被打乱,因此JMM需要提供原子性,可见性,有序性保证.

3、类加载与卸载

加载过程

其中验证,准备,解析合称链接

加载通过类的完全限定名,查找此类字节码文件,利用字节码文件创建Class对象.

验证确保Class文件符合当前虚拟机的要求,不会危害到虚拟机自身安全.

准备进行内存分配,为static修饰的类变量分配内存,并设置初始值(0或null).不包含final修饰的静态变量,因为final变量在编译时分配.

解析将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程.直接引用为直接指向目标的指针或者相对偏移量等.

初始化主要完成静态块执行以及静态变量的赋值.先初始化父类,再初始化当前类.只有对类主动使用时才会初始化.

触发条件包括,创建类的实例时,访问类的静态方法或静态变量的时候,使用Class.forName反射类的时候,或者某个子类初始化的时候.

Java自带的加载器加载的类,在虚拟机的生命周期中是不会被卸载的,只有用户自定义的加载器加载的类才可以被卸.

3.1、加载机制-双亲委派模式

双亲委派模式,即加载器加载类时先把请求委托给自己的父类加载器执行,直到顶层的启动类加载器.父类加载器能够完成加载则成功返回,不能则子类加载器才自己尝试加载.

优点:

1. 避免类的重复加载
2. 避免Java的核心API被篡改

3.2、分代回收

分代回收基于两个事实:大部分对象很快就不使用了,还有一部分不会立即无用,但也不会持续很长时间.

年轻代->标记-复制
老年代->标记-清除

3.3、回收算法

3.3.1、CMS算法

1.7前主流垃圾回收算法,为标记-清楚算法,优点是并发收集,停顿小.

初始标记会StopTheWorld,标记的对象是root即最直接可达的对象.

并发标记 GC线程和应用线程并发执行,标记可达的对象.

重新标记第二个StopTheWorld,停顿时间比并发标记小很多,但比初始标记稍长.主要对对象重新扫描并标记.

并发清理 进行并发的垃圾清理.

并发重置为下一次GC重置相关数据结构.

3.3.2、G1算法
1.9后默认的垃圾回收算法,特点保持高回收率的同时减少停顿.采用每次只清理一部分,而不是清理全部的增量式清理,以保证停顿时间不会过长

其取消了年轻代与老年代的物理划分,但仍属于分代收集器,算法将堆分为若干个逻辑区域(region),一部分用作年轻代,一部分用作老年代,还有用来存储巨型对象的分区.

同CMS相同,会遍历所有对象,标记引用情况,清除对象后会对区域进行复制移动,以整合碎片空间.

年轻代回收:
并行复制采用复制算法,并行收集,会StopTheWorld.

老年代回收:
会对年轻代一并回收

初始标记完成堆root对象的标记,会StopTheWorld.
并发标记 GC线程和应用线程并发执行.
最终标记完成三色标记周期,会StopTheWorld.
复制/清楚会优先对可回收空间加大的区域进行回收

3.3.3、ZGC算法
1.11中提供的高效垃圾回收算法,针对大堆内存设计,可以处理TB级别的堆,可以做到10ms以下的回收停顿时间.

着色指针
读屏障
并发处理
基于region
内存压缩(整理)
roots标记：标记root对象,会StopTheWorld.
并发标记：利用读屏障与应用线程一起运行标记,可能会发生StopTheWorld.
清除会清理标记为不可用的对象.
roots重定位：是对存活的对象进行移动,以腾出大块内存空间,减少碎片产生.重定位最开始会StopTheWorld,却决于重定位集与对象总活动集的比例.
并发重定位与并发标记类似.

4、总结
4.1、考察点
深入理解JVM内存模型
了解类加载机制
了解内存可见性
了解常用的GC算法实现和适用场景
能偶根据业务场景选择合适JVM参数和GC算法
4.2、加分项
编译器优化
问题排查经验与思路
JVM调优经验和调优思路
了解最新的技术趋势(ZGC和Graalvm)
4.3、面试问题
简单描述一下JVM的内存模型
什么时候会触发FullGC?
Java类加载器有几种,关系怎样的?
1.8为首么用Metaspace替换掉PermGen?Meatspace保存在哪?
编译器会对指令做哪些优化?(简答描述编译器的指令重排)
简单描述一下volatile可以解决什么问题?如何做到的?
简单描述一下GC的分代回收?
G1与CMS的区别?
对象引用有哪几种,有什么特点?
使用过哪些JVM调试工具,主要分析哪些内容?