JVM面试知识点

Posted 2022-02-14 lisin-lee-cooper

一.基本概念

1.1 JVM是可运行Java代码的假象机器，包括一套字节码指令集，一套寄存器，一个栈，一个垃圾回收，堆，和一个方法存储域，运行在操作系统上，与硬件没有直接交互。

运行过程：
① Java 源文件—->编译器—->字节码文件
② 字节码文件—->JVM—->机器码

1.2 运行时数据区
程序计数器（线程私有）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址，如是Native方法，则为空。

虚拟机栈（线程私有）：描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个桟帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

本地方法区（线程私有）：和虚拟机栈作用类似，为Native方法服务

堆（线程共享） ：对象创建，垃圾回收区域（分为新生代Eden区、From Survivor区、To Survivor区 和老年代）

方法区/永久代 (线程共享)：存储被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码，运行时常量池是方法区的一部分。

1.3 运行时内存

1.3.1. 新生代
是用来存放新生的对象。一般占据堆的 1/3 空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC 进行垃圾回收。
新生代又分为 Eden 区、ServivorFrom、ServivorTo 三个区。

Eden 区：
Java 新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老
年代）。当 Eden 区内存不够的时候就会触发 MinorGC，对新生代区进行
一次垃圾回收。

ServivorFrom：
上一次 GC 的幸存者，作为这一次 GC 的被扫描者。

ServivorTo
保留了一次 MinorGC 过程中的幸存者。

MinorGC过程（复制->清空->互换）

1：eden、servicorFrom 复制到 ServicorTo，年龄+1
首先，把 Eden 和 ServivorFrom 区域中存活的对象复制到 ServicorTo 区域（如果有对象的年龄以及达到了老年的标准，则赋值到老年代区），同时把这些对象的年龄+1（如果 ServicorTo 不够位置了就放到老年区）；

2：清空 eden、servicorFrom
然后，清空 Eden 和 ServicorFrom 中的对象；

3：ServicorTo 和 ServicorFrom 互换
最后，ServicorTo 和 ServicorFrom 互换，原 ServicorTo 成为下一次 GC 时的 ServicorFrom区。

1.3.2老年代
存放运用程序中生命周期长的内存对象
MajorGC 采用标记清除算法：首先扫描一次所有老年代，标记出存活的对象，然后回收没有标记的对象。MajorGC 的耗时比较长，因为要扫描再回收。MajorGC 会产生内存碎片，为了减少内存损耗，我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的时候，就会抛出 OOM（Out of Memory）异常。

1.3.3. 永久代
指内存的永久保存区域，主要存放 Class 和 Meta（元数据）的信息,Class 在被加载的时候被放入永久区域，它和存放实例的区域不同,GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的 Class 的增多而胀满，最终抛出 OOM 异常。

1.3.4 JAVA8 与元数据
在 Java8 中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入 native memory, 字符串池和类的静态变量放入 java 堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由
MaxPermSize 控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

二.垃圾回收与算法

2.1 如何确定垃圾

2.1.1 引用计数法：
一个对象如果没有任何与之关联的引用，即他们的引用计数都为 0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。

2.1.2 可达性分析

如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的，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。

2.2 清除算法

2.2.1 标记清除算法
分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清
除阶段回收被标记的对象所占用的空间

2.2.2 复制算法
为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉。

2.2.3 标记整理算法
标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。

2.3 分代收集方法

2.3.1 新生代与复制算法
一般将新生代划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space, To Space)，每次使用Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该Eden 和 From Survivor还存活的对象复制到另一块 To Survivor 空间中。

2.3.2 老年代与标记复制算法
因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保, 就必须采用“标记—清理”或“标
记—整理”算法来进行回收, 不必进行内存复制, 且直接腾出空闲内存.

1.JAVA 虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)，它用来存储 class 类，常量，方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类；
2.对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老生代。
3. 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC，进行 GC 后，Eden Space 和 From Space 区的存活对象会被挪到 To Space，然后将 Eden Space 和 From Space 进行清理。
4. 如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。
5. 在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环。
6. 当对象在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代中。

2.3.4 垃圾收集器

1.Serial 垃圾收集器（单线程、复制算法）
2.ParNew 垃圾收集器（Serial+多线程）
3.Parallel Scavenge 收集器（多线程复制算法、高效）自适应调节策略也是 ParallelScavenge 收集器与 ParNew 收集器的一个重要区别。
4.Serial Old 收集器（单线程标记整理算法 ）
5.Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）
6.CMS 收集器（多线程标记清除算法）最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间
7.G1 收集器相比与 CMS 收集器，G1 收集器两个最突出的改进是：
基于标记-整理算法，不产生内存碎片。
可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收。