JVM面试题学习笔记1：

Posted 2021-06-27 Vincent9847

1.谈谈你对JVM的理解？

（我们写的java文件到通过编译器编译成java字节码文件（.class文件），这个过程是java编译过程；而我们的java虚拟机执行的就是字节码文件。（即一堆16进制的字节））

答：

• Java虚拟机是一个可以执行Java字节码的虚拟机进程。Java源文件被编译成能被Java虚拟机执行的字节码文件。
• Java被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

2.Java8虚拟机和之前的变化更新？

答：撤销了永久带，引入了元空间：

在HotSpot虚拟机中，jdk1.6时，设计团队把方法区设计为永久带，这样GC工作区域就可以扩展至方法区。这种策略可以可以避免为方法区单独设计垃圾回收机制，但是坏处就是，方法区的回收条件十分苛刻，而且回收效果也不好。

在jdk1.7版本，设计团队也意识到这个问题，但是只将方法区中的字符串常量池移除永久带。

到了最新的jdk1.8版本，就不再有永久带这个概念，并且用元空间来代替原来的永久代

元空间内的规则：元空间中类及其相关的元数据和类加载器生命周期一致，每个类加载器有专门的存储空间，不会单独回收某个类，位置也是固定的，但是当类加载器不再存活时会把它相关的空间全部移除。

3.请简单描述一下JVM分区有哪些？

答：Java内存通常被划分为5个区域：程序计数器（Program Count Register）、本地方法栈（Native Stack）、方法区（Method Area）、栈（Stack）、堆（Heap）。

4.请简单描述一下JVM加载class文件的原理是什么？

答：

• JVM中类的装载是由ClassLoader和它的子类来实现的,Java ClassLoader 是一个重要的Java运行时系统组件。它负责在运行时查找和装入类文件的类。
• Java中的所有类，都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类，而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候，我们几乎不需要关心类的加载，因为这些都是隐式装载的，除非我们有特殊的用法，像是反射，就需要显式的加载所需要的类。
• 类的装载方式有两种：
• （1）隐式装载，程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中，
• （2）显式装载，通过class.forname()等方法，显式加载需要的类 ,隐式加载与显式加载的区别：两者本质是一样的。
• Java类的加载是动态的，它并不会一次性将所有类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。

5.请列举一下，在JAVA虚拟机中，哪些对象可作为ROOT对象？

（常说的GC(Garbage Collector) roots，特指的是垃圾收集器（Garbage Collector）的对象，GC会收集那些不是GC roots且没有被GC roots引用的对象。）

答：

• 虚拟机栈中的引用对象；
• 方法区中类静态属性引用的对象；
• 方法区中常量引用对象；
• 本地方法栈中JNI引用对象。

6.请简单描述一下类的加载过程？

答：

• JVM类加载机制分为五个部分：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化、使用、卸载。
• JVM通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。
• 当一个类加载器收到类加载任务时，会先交到其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成任务时，才会尝试执行加载任务。采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。

（1.加载
    我们编写一个java类的代码，经过编译之后生成一个后缀名为.class的文件，java虚拟机就能识别这种文件。
    java的生命周期就是class文件从加载到消亡的过程。 
    关于加载，其实，就是将源文件的class文件找到类的信息将其加载到方法区中，
    然后在堆区中实例化一个java.lang.Class对象，作为方法区中这个类的信息的入口。
    但是这一功能是在JVM之外实现的，主要的原因是方便让应用程序自己决定如何获取这个类，在不同的虚拟机实现的方式不一定相同，
    hotspot虚拟机是采用需要时在加载的方式，也有其他是先预先加载的。 （可以参考深入理解JVM这本书）
2.连接
    连接一般是加载阶段和初始化阶段交叉进行，过程由以下三部分组成：
        （1）验证：确定该类是否符合java语言的规范，有没有属性和行为的重复，继承是否合理，总之，就是保证jvm能够执行
        （2）准备：主要做的就是为由static修饰的成员变量分配内存，并设置默认的初始值
            默认初始值如下：
                1.八种基本数据类型默认的初始值是0
                2.引用类型默认的初始值是null
                3.有static final修饰的会直接赋值，例如：static final int x=10；则默认就是10.
        （3）解析：这一阶段的任务就是把常量池中的符号引用转换为直接引用，说白了就是jvm会将所有的类或接口名、字段名、方法名转换为具体的内存地址。
3.初始化
    初始化这个阶段就是将静态变量（类变量）赋值的过程，即只有static修饰的才能被初始化，执行的顺序就是：
        父类静态域或着静态代码块，然后是子类静态域或者子类静态代码块（静态代码块先被加载，然后再是静态属性）
4.使用
    在类的使用过程中依然存在以下三步：
    （1）对象实例化：就是执行类中构造函数的内容，
        如果该类存在父类JVM会通过显示或者隐示的方式先执行父类的构造函数，
        在堆内存中为父类的实例变量开辟空间，并赋予默认的初始值，
        然后在根据构造函数的代码内容将真正的值赋予实例变量本身，
        然后，引用变量获取对象的首地址，通过操作对象来调用实例变量和方法
    （2）垃圾收集：当对象不再被引用的时候，就会被虚拟机标上特别的垃圾记号，在堆中等待GC回收
    （3）对象的终结：对象被GC回收后，对象就不再存在，对象的生命也就走到了尽头
5.类卸载
    类卸载即类的生命周期走到了最后一步，程序中不再有该类的引用，该类也就会被JVM执行垃圾回收，从此生命结束…

）

7.请说明一下Eden区和survial区的含义以及工作原理？

答：

• 目前主流的虚拟机实现都采用了分代收集的思想，把整个堆区划分为新生代和老年代；新生代又被划分成Eden 空间、 From Survivor 和 To Survivor 三块区域。
• 我们把Eden : From Survivor : To Survivor 空间大小设成 8 : 1 : 1 ，对象总是在 Eden 区出生， From Survivor 保存当前的幸存对象， To Survivor 为空。一次 gc 发生后：
• 1）Eden 区活着的对象 ＋ From Survivor 存储的对象被复制到 To Survivor；（GC复制算法）
• 2) 清空 Eden 和 From Survivor ； 
• 3) 颠倒 From Survivor 和 To Survivor 的逻辑关系： From 变 To ， To 变 From 。可以看出，只有在 Eden 空间快满的时候才会触发 Minor GC 。而 Eden 空间占新生代的绝大部分，所以 Minor GC 的频率得以降低。当然，使用两个 Survivor 这种方式我们也付出了一定的代价，如 10% 的空间浪费、复制对象的开销等。

8.GC中如何判断对象是否需要被回收？

答：

如何确定垃圾？

       想要回收垃圾，必须得先知道，哪些对象可以被认定为垃圾。关于垃圾确定方式，主要有两种，分别是引用计数法与可访问性分析法，其原理分别如下：

引用计数法：在 Java 中，引用与对象相关联，如果要操作对象，则必须使用引用。因此，可以通过引用计数来确定对象是否可以回收。实现原则是，如果一个对象被引用一次，计数器 +1，反之亦然。当计数器为 0 时，该对象不被引用，则该对象被视为垃圾，并且可以被 GC 回收利用。

可达性分析：为了解决引用计数法的循环引用问题，Java 采用了可达性分析的方法。其实现原理是，将一系列"GCroot"对象作为搜索起点。如果在"GCroot"和一个对象之间没有可达的路径，则该对象被认为是不可访问的。

要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

9.Young GC和 Full GC 分别在什么时候发生？

答：

Young GC的触发时机：Young GC其实一般就是在新生代的Eden区域满了之后就会触发，采用复制算法来回收新生代的垃圾。

Full GC的触发时机如下：

（1）发生Young GC之前进行检查，如果“老年代可用的连续内存空间” < “新生代历次Young GC后升入老年代的对象总和的平均大小”，说明本次Young GC后可能升入老年代的对象大小，可能超过了老年代当前可用内存空间
此时必须先触发一次Old GC给老年代腾出更多的空间，然后再执行Young GC。

（2）执行Young GC之后有一批对象需要放入老年代，此时老年代就是没有足够的内存空间存放这些对象了，此时必须立即触发一次Old GC。

（3）老年代内存使用率超过了92%，也要直接触发Old GC，当然这个比例是可以通过参数调整的。

概括成一句话，就是老年代空间也不够了，没法放入更多对象了，这个时候务必执行Old GC对老年代进行垃圾回收。

10.掌握不同版本JDK的垃圾回收器是如何工作的。

答：

java垃圾收集器的历史

第一阶段，Serial（串行）收集器

在jdk1.3.1之前，java虚拟机仅仅能使用Serial收集器。 Serial收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅是说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。

PS：开启Serial收集器的方式

-XX:+UseSerialGC

第二阶段，Parallel（并行）收集器

Parallel收集器也称吞吐量收集器，相比Serial收集器，Parallel最主要的优势在于使用多线程去完成垃圾清理工作，这样可以充分利用多核的特性，大幅降低gc时间。

PS:开启Parallel收集器的方式

-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

第三阶段，CMS（并发）收集器

CMS收集器在Minor GC时会暂停所有的应用线程，并以多线程的方式进行垃圾回收。在Full GC时不再暂停应用线程，而是使用若干个后台线程定期的对老年代空间进行扫描，及时回收其中不再使用的对象。

PS:开启CMS收集器的方式

-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

第四阶段，G1（并发）收集器

G1收集器（或者垃圾优先收集器）的设计初衷是为了尽量缩短处理超大堆（大于4GB）时产生的停顿。相对于CMS的优势而言是内存碎片的产生率大大降低。

PS:开启G1收集器的方式

-XX:+UseG1GC

11.几代垃圾回收算法及垃圾回收器原理解读及特性对比详解；

资源：https://blog.csdn.net/Vincent9847/article/details/117822832

垃圾回收算法：

在Java中主要有四中垃圾回收算法，分别是标记清除算法、复制算法、标记整理算法 和 分代收集算法。

垃圾回收器：

在jvm中，实现了多种垃圾收集器，包括：串行垃圾收集器、并行垃圾收集器、CMS（并发）垃圾收集器、G1垃圾收集器。

GC的执行机制：

　　由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC：

    一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。

Full GC：

    对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个堆进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC：

　　1.年老代（Tenured）被写满；

　　2.持久代（Perm）被写满 ；

　　3.System.gc()被显示调用 ；

　　4.上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化。

12.请简单说明一下JVM的回收算法以及它的回收器是什么？还有CMS采用哪种回收算法？使用CMS怎样解决内存碎片的问题呢？

11.请问什么是JVM内存模型？

答：

• Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。
• 本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。其关系模型图如下图所示：

13.JVM最大内存限制是多少？

答：

1. 堆内存分配：JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小 于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、 -Xmx相等以避免在每次GC后调整堆的大小。
2. 非堆内存分配：JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。
3. 最大内存VM：首先JVM内存限制于实际的最大物理内存，假设物理内存无限大的话，JVM内存的最大值跟操作系统有很大的关系。简单的说就32位处理器虽 然可控内存空间有4GB,但是具体的操作系统会给一个限制，这个限制一般是2GB-3GB（一般来说Windows系统下为1.5G-2G，Linux系 统下为2G-3G），而64bit以上的处理器就不会有限制了。
4. 下面是当前比较流行的几个不同公司不同版本JVM最大堆内存:

14.OOM分析，内存故障、CPU100%等问题分析和解决

资源：

OOM（Out Of Memory）分析：（无非“本身资源不够”“申请资源太多”“资源耗尽”几个原因。）

确认是不是内存本身就分配过小；

找到最耗内存的对象；

确认是否资源耗尽。

CPU100%：

找到最耗CPU的进程；

找到最耗CPU的线程；

查看堆栈，定位线程在干嘛，定位对应代码。

15.JVM是如何实现线程的？

答：

• 线程是比进程更轻量级的调度执行单位。线程可以把一个进程的资源分配和执行调度分开。一个进程里可以启动多条线程，各个线程可共享该进程的资源(内存地址，文件IO等)，又可以独立调度。线程是CPU调度的基本单位。
• 主流OS都提供线程实现。Java语言提供对线程操作的同一API，每个已经执行start()，且还未结束的java.lang.Thread类的实例，代表了一个线程。
• Thread类的关键方法，都声明为Native。这意味着这个方法无法或没有使用平台无关的手段来实现，也可能是为了执行效率。

实现线程的方式：

1. 内核来完成线程切换：使用内核线程实现内核线程(Kernel-Level Thread, KLT)就是直接由操作系统内核支持的线程。内核通过调度器Scheduler调度线程，并将线程的任务映射到各个CPU上，程序使用内核线程的高级接口，轻量级进程(Light Weight Process,LWP)，用户态和内核态切换消耗内核资源。
2. 使用用户线程实现：系统内核不能感知线程存在的实现 ，用户线程的建立、同步、销毁和调度完全在用户态中完成，所有线程操作需要用户程序自己处理，复杂度高。
3. 用户线程加轻量级进程混合实现：轻量级进程作为用户线程和内核线程之间的桥梁。

16.Tomcat 性能调优及性能工具使用

资源：https://blog.csdn.net/wj1314250/article/details/112596084

JDK内存优化；

tomcat线程优化；

使用Visualvm性能监控。

17.Java JDK内置工具的使用说明

资源：https://blog.csdn.net/spark_guo/article/details/102497521