《不看后悔》超赞！来一份常见 JVM 面试题+“答案”！

Posted 2021-06-15 Java编程

本篇文章多达38道面试题，照顾到了JVM的方方面面，都是常见的题目。如果背诵记忆下来，进入大厂非常的easy。

面试题不能坑人，所以本篇文章的内容是经过多次打磨的，现在放送给大家。

有些面试题是开放性的，有些是知识性的，注意区别。面试并没有标准答案，尤其是开放性题目，你需要整理成白话文，来尽量的展示自己。

如果你在答案中描述了一些自己不是很熟悉的内容，可能会受到追问。所以，根据问题，整理一份适合自己的吧，这比拿来主义更让人印象深刻。

1、JVM有哪些内存区域？(JVM的内存布局是什么？)

JVM包含堆、元空间、Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等内存区域。其中，堆是占用内存最大的一块。我们平常的-Xmx、-Xms等参数，就是针对于堆进行设计的。

• 堆：JVM堆中的数据，是共享的，是占用内存最大的一块区域
• 虚拟机栈：Java虚拟机栈，是基于线程的，用来服务字节码指令的运行
• 程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器
• 元空间：方法区就在这里，非堆本地内存：其他的内存占用空间

2、Java的内存模型是什么？（JMM是什么？）

JVM试图定义一种统一的内存模型，能将各种底层硬件及操作系统的内存访问差异进行封装，使Java程序在不同硬件及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存，线程无法对主存储器直接进行操作，一个线程要和另外一个线程通信，只能通过主存进行交换。

JMM可以说是Java并发的基础，它的定义将直接影响多线程实现的机制，如果你想要想深入了解多线程并发中的相关问题现象，对JMM的深入研究是必不可少的。

上面两个问题是经常容易搞混的，但它们的内容却完全不同的。

3、JVM垃圾回收时候如何确定垃圾？什么是GC Roots？

JVM采用的是可达性分析算法。JVM是通过GC Roots来判定对象的存活的。从GC Roots向下追溯、搜索，会产生一个叫做Reference Chain的链条。当一个对象不能和任何一个GC Root产生关系，就判定为垃圾。

GC Roots大体包括：

• 活动线程相关的各种引用，比如虚拟机栈中栈帧里的引用。
• 类的静态变量的引用。
• JNI引用等。

当然也有比较详细的回答，个人认为这些就够了。详细版本如下：

1. Java线程中，当前所有正在被调用的方法的 引用类型参数、局部变量、临时值等。也就是与我们 栈帧相关的各种引用。
2. 所有当前被加载的Java类。
3. Java类的引用类型静态变量。
4. 运行时常量池里的引用类型常量（String或Class类型）。
5. JVM内部数据结构的一些引用，比如 sun.jvm.hotspot.memory.Universe类。
6. 用于同步的监控对象，比如调用了对象的 wait()方法。
7. JNI handles，包括global handles和local handles

4、能够找到 Reference Chain 的对象，就一定会存活么？

这不一定，还要看reference类型。弱引用会在GC时会被回收，软引用会在内存不足的时候被回收。但没有Reference Chain的对象就一定会被回收。

5、强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么？

普通的对象引用关系就是强引用。

软引用用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

弱引用对象相比较软引用，要更加无用一些，它拥有更短的生命周期。当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。

虚引用是一种形同虚设的引用，在现实场景中用的不是很多，它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。

6、你说你做过JVM参数调优和参数配置，请问如何查看JVM系统默认值

使用-XX:+PrintFlagsFinal参数可以看到参数的默认值。这个默认值还和垃圾回收器有关，比如UseAdaptiveSizePolicy。

7、你平时工作中用过的JVM常用基本配置参数有哪些？

Xmx、Xms、Xmn、MetaspaceSize等。

你只需要记忆10个左右即可应付绝大多数面试，建议只记忆G1相关参数。CMS这种既耗时间参数又多又被淘汰的东西，不看也罢。面试时间有限，不会在这上面纠结，除非你表现的太嚣张了。

8、请你谈谈对OOM的认识

OOM是非常严重的问题，除了程序计数器，其他内存区域都有溢出的风险。和我们平常工作最密切的，就是堆溢出。另外，元空间在方法区内容非常多的情况下也会溢出。还有就是栈溢出，这个通常影响比较小。堆外也有溢出的可能，这个就比较难排查一些。

9、你都有哪些手段用来排查内存溢出？

（这个话题很大，可以从实践环节中随便摘一个进行总结，下面举例一个最普通的）

你可以来一个中规中矩的回答：

内存溢出包含很多种情况，我在平常工作中遇到最多的就是堆溢出。有一次线上遇到故障，重新启动后，使用jstat命令，发现Old区在一直增长。我使用jmap命令，导出了一份线上堆栈，然后使用MAT进行分析。通过对GC Roots的分析，我发现了一个非常大的HashMap对象，这个原本是有位同学做缓存用的，但是一个无界缓存，造成了堆内存占用一直上升。后来，将这个缓存改成 guava的Cache，并设置了弱引用，故障就消失了。

这个回答不是十分出彩，但着实是常见问题，让人挑不出毛病。

10、GC垃圾回收算法与垃圾收集器的关系？

常用的垃圾回收算法有标记清除、标记整理、复制算法等。引用计数器也算是一种，但是没有垃圾回收器使用这种算法，因为有循环依赖的问题。

很多垃圾回收器都是分代回收的。对于年轻代，主要有Serial、ParNew等垃圾回收器，回收过程主要使用复制算法。

老年代的回收算法有Serial、CMS等，主要使用标记清除、标记整理算法等。

我们线上用的较多的是G1，也有年轻代和老年代的概念，不过它是一个整堆回收器，它的回收对象是小堆区 。

在目前G1大行其道的今天，实在没必要再纠结CMS这么难用的东西了。

11、生产上如何配置垃圾收集器的？

首先是内存大小问题，基本上每一个内存区域我都会设置一个上限，来避免溢出问题，比如元空间。通常，堆空间我会设置成操作系统的2/3（这是想给其他进程和操作系统预留一些时间），超过8GB的堆优先选用G1。

接下来，我会对JVM进行初步优化。比如根据老年代的对象提升速度，来调整年轻代和老年代之间的比例。

再接下来，就是专项优化，主要判断的依据就是系统容量、访问延迟、吞吐量等。我们的服务是高并发的，所以对STW的时间非常敏感。

我会通过记录详细的GC日志，来找到这个瓶颈点，借用gceasy（重点）这样的日志分析工具，很容易定位到问题。之所以选择采用工具，是因为gc日志看起来实在是太麻烦了，gceasy号称是AI学习分析问题，可视化做的较好。

12、怎么查看服务器默认的垃圾回收器是哪一个？

这通常会使用另外一个参数：-XX:+PrintCommandLineFlags可以打印所有的参数，包括使用的垃圾回收器。

13、假如生产环境CPU占用过高，请谈谈你的分析思路和定位。

这个可真是太太太常见了，不过已经烂大街了。如果你还是一个有经验的开发者，不知道的话，需要反省一下了。

首先，使用top -H命令获取占用CPU最高的线程，并将它转化为16进制。

然后，使用jstack命令获取应用的栈信息，搜索这个16进制。这样能够方便的找到引起CPU占用过高的具体原因。

如果有条件的话，直接使用arthas就行操作就好了，不用再做这些费事费力的操作。

14、对于JDK自带的监控和性能分析工具用过哪些？

jps：用来显示Java进程；jstat：用来查看GC；jmap：用来dump堆；jstack：用来dump栈；jhsdb：用来查看执行中的内存信息；

都是非常常用的工具，要熟练掌握。因为线上环境通常都有很多限制，用不了图形化工具。当出现这些情况，上面的命令就是救命的。

15、栈帧都有哪些数据？

JVM的运行是基于栈的，和C语言的栈类似，它的大多数数据都是在堆里面的，只有少部分运行时的数据存在于栈上。

在JVM中，每个线程栈里面的元素，就叫栈帧。

16、JIT是什么？

为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化。完成这个任务的编译器，就称为即时编译器（Just In Time Compiler），简称 JIT 编译器。

17、Java的双亲委托机制是什么？

它的意思是，除了顶层的启动类加载器以外，其余的类加载器，在加载之前，都会委派给它的父加载器进行加载。这样一层层向上传递，直到祖先们都无法胜任，它才会真正的加载。

Java默认是这种行为。当然Java中也有很多打破双亲行为的骚操作，比如SPI（JDBC驱动加载），OSGI等。

18、有哪些打破了双亲委托机制的案例？

1. Tomcat可以加载自己目录下的class文件，并不会传递给父类的加载器。
2. Java的SPI，发起者是 BootstrapClassLoader， BootstrapClassLoader已经是最上层的了。它直接获取了 AppClassLoader进行驱动加载，和双亲委派是相反的。。

19、简单描述一下（分代）垃圾回收的过程

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。

新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，它的执行流程如下：

当年轻代中的Eden区分配满的时候，就会触发年轻代的GC（Minor GC）。具体过程如下：

1. 在Eden区执行了 第一次GC之后，存活的对象会被移动到其中一个Survivor分区（以下简称from）
2. Eden区再次GC，这时会采用复制算法，将Eden和from区一起清理。存活的对象会被复制到to区。接下来，只需要清空from区就可以了

20、CMS分为哪几个阶段?

CMS已经弃用。生活美好，时间有限，不建议再深入研究了。如果碰到问题，直接祭出回收过程即可。

（1）初始标记 （2）并发标记 （3）并发预清理 （4）并发可取消的预清理 （5）重新标记 （6）并发清理

由于《深入理解java虚拟机》一书的流行，面试时省略3、4步一般也是没问题的。

21、CMS都有哪些问题？

（1）内存碎片问题。Full GC的整理阶段，会造成较长时间的停顿。（2）需要预留空间，用来分配收集阶段产生的“浮动垃圾“。（3）使用更多的CPU资源，在应用运行的同时进行堆扫描。（4）停顿时间是不可预期的。

正因为有这些问题，所以大家才用更加完备的G1。况且，现在都是大内存时代了，G1玩得转，就没必要用CMS。

22、你都用过G1垃圾回收器的哪几个重要参数？

最重要的是MaxGCPauseMillis，可以通过它设定G1的目标停顿时间，它会尽量的去达成这个目标。G1HeapRegionSize可以设置小堆区的大小，一般是2的次幂。

InitiatingHeapOccupancyPercent，启动并发GC时的堆内存占用百分比。G1用它来触发并发GC周期，基于整个堆的使用率，而不只是某一代内存的使用比例，默认是45%。

再多？不是专家，就没必要要求别人也是。

23、GC日志的real、user、sys是什么意思？

real 实际花费的时间，指的是从开始到结束所花费的时间。比如进程在等待I/O完成，这个阻塞时间也会被计算在内。user 指的是进程在用户态（User Mode）所花费的时间，只统计本进程所使用的时间，是指多核。sys 指的是进程在核心态（Kernel Mode）花费的CPU时间量，指的是内核中的系统调用所花费的时间，只统计本进程所使用的时间。

这个是用来看日志用的，如果你不看日志，那不了解也无妨。不过，这三个参数的意义，在你能看到的地方，基本上都是一致的，比如操作系统。

24、什么情况会造成元空间溢出？

元空间（Metaspace）默认是没有上限的，不加限制比较危险。当应用中的Java类过多，比如Spring等一些使用动态代理的框架生成了很多类，如果占用空间超出了我们的设定值，就会发生元空间溢出。

所以，默认风险大，但如果你不给足它空间，它也会溢出。

25、什么时候会造成堆外内存溢出？

使用了Unsafe类申请内存，或者使用了JNI对内存进行操作。这部分内存是不受JVM控制的，不加限制的使用，容易发生内存溢出。

26、SWAP会影响性能么？

当操作系统内存不足的时候，会将部分数据写入到SWAP交换分中，但是SWAP的性能是比较低的。如果应用的访问量较大，需要频繁申请和销毁内存，就容易发生卡顿。一般高并发场景下，会禁用SWAP。

27、有什么堆外内存的排查思路？

进程占用的内存，可以使用top命令，看RES段占用的值。如果这个值大大超出我们设定的最大堆内存，则证明堆外内存占用了很大的区域。

使用gdb可以将物理内存dump下来，通常能看到里面的内容。更加复杂的分析可以使用perf工具，或者谷歌开源的gperftools。那些申请内存最多的native函数，很容易就可以找到。

28、HashMap中的key，可以是普通对象么？需要什么注意的地方？

Map的key和value都可以是任何类型。但要注意的是，一定要重写它的equals和hashCode方法，否则容易发生内存泄漏。

29、怎么看死锁的线程？

通过jstack命令，可以获得线程的栈信息。死锁信息会在非常明显的位置（一般是最后）进行提示。

30、如何写一段简单的死锁代码？

这个笔试的话频率也挺高（遇见笔试的公司要三思啊），所以这里直接给出一个答案（有很多版本的）。

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object object1 = new Object();
        Object object2 = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (object1) {
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (object2) {
                }
            }
        }, "deadlock-demo-1");

        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (object2) {
                synchronized (object1) {
                }
            }
        }, "deadlock-demo-2");
        t2.start();
    }
}

31、invokedynamic指令是干什么的？

属于比较高级的题目。没看过虚拟机的一般是不知道的。所以如果你不太熟悉，不要气馁，加油！（小拳拳锤你胸口）。

invokedynamic是Java7之后新加入的字节码指令，使用它可以实现一些动态类型语言的功能。我们使用的Lambda表达式，在字节码上就是invokedynamic指令实现的。它的功能有点类似反射，但它是使用方法句柄实现的，执行效率更高。

32、volatile关键字的原理是什么？干什么用的？

使用了volatile关键字的变量，每当变量的值有变动的时候，都会将更改立即同步到主内存中；而如果某个线程想要使用这个变量，就先要从主存中刷新到工作内存，这样就确保了变量的可见性。

一般使用一个volatile修饰的bool变量，来控制线程的运行状态。

volatile boolean stop = false;
 
 void stop(){
  this.stop = true;
 }
 void start(){
  new Thread(()->{
   while (!stop){
    //sth
   }
  }).start();
 }

33、什么是方法内联？

为了减少方法调用的开销，可以把一些短小的方法，比如getter/setter，纳入到目标方法的调用范围之内，就少了一次方法调用，速度就能得到提升，这就是方法内联的概念。

34、对象是怎么从年轻代进入老年代的？

这是老掉牙的题目了。在下面四种情况下，对象会从年轻代进入老年代。

1. 如果对象够老，会通过提升（Promotion）进入老年代，这一般是根据对象的年龄进行判断的。
2. 动态对象年龄判定。有的垃圾回收算法，比如G1，并不要求age必须达到15才能晋升到老年代，它会使用一些动态的计算方法。
3. 分配担保。当 Survivor 空间不够的时候，就需要依赖其他内存（指老年代）进行分配担保。这个时候，对象也会直接在老年代上分配。
4. 超出某个大小的对象将直接在老年代分配。不过这个值默认为0，意思是全部首选Eden区进行分配。

35、safepoint是什么？

STW并不会只发生在内存回收的时候。现在程序员这么卷，碰到几次safepoint的问题几率也是比较大的。

当发生GC时，用户线程必须全部停下来，才可以进行垃圾回收，这个状态我们可以认为JVM是安全的（safe），整个堆的状态是稳定的。

如果在GC前，有线程迟迟进入不了safepoint，那么整个JVM都在等待这个阻塞的线程，造成了整体GC的时间变长。

36、MinorGC，MajorGC、FullGC都什么时候发生？

MinorGC在年轻代空间不足的时候发生，MajorGC指的是老年代的GC，出现MajorGC一般经常伴有MinorGC。

FullGC有三种情况。

1. 当老年代无法再分配内存的时候
2. 元空间不足的时候
3. 显示调用System.gc的时候。另外，像CMS一类的垃圾回收器，在MinorGC出现promotion failure的时候也会发生FullGC

37、类加载有几个过程？

加载、验证、准备、解析、初始化。

38、什么情况下会发生栈溢出？

栈的大小可以通过-Xss参数进行设置，当递归层次太深的时候，就会发生栈溢出。比如循环调用，递归等。

End

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