2021秋招最新JAVA面试题|垃圾收集器题目汇总

Posted 2021-10-04 BugGuys

JAVA基础篇面试题

文章目录

• • • JAVA基础篇面试题
    • • 1. 简述四种垃圾回收器
      • • 串行垃圾回收器（serial）
        • 并行垃圾回收器（Parallel）
        • 并发垃圾回收器（CMS）
        • G1垃圾回收器
      • 2. 配置JVM的垃圾回收器
      • 3. 垃圾收集器对应收集区域
      • 4. JVM的Client和Server模式是什么
      • 5. 垃圾收集器的详细总结
      • • Serial收集器
        • ParNew收集器
        • Parallel Scavenge收集器
        • Parallel Old收集器
        • CMS收集器
        • Serial Old收集器
        • G1收集器
      • 6. 如何选择垃圾收集器
      • 7. github奇淫技巧

1. 简述四种垃圾回收器

串行垃圾回收器（serial）

概念：他为单线程环境设计且只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程，不适合服务器环境；

Serial收集器：单线程的新生代收集器，需要暂停其他线程。推荐在客户端模式下选用，由于没有线程交互的开销，可以获得最高的单线程收集效率。

并行垃圾回收器（Parallel）

概念：多个垃圾收集线程并行工作，此时用户线程是暂停的，适用于科学计算/大数据处理；

ParNew收集器：Serial收集器的多线程并发版本；

并发垃圾回收器（CMS）

概念：用户线程和垃圾收集线程同时执行（不一定是并行，可能交替执行），不需要停顿用户线程；

CMS收集器：以获得最短回收停顿时间为目的的收集器。基于标记-清除出算法；

G1垃圾回收器

将堆内存分割成不同的区域然后并发的对其进行垃圾回收；

一款主要面向服务端应用的垃圾收集器；使用Mixed GC模式，面向堆内存任何部分来组成回收集进行回收。标准就是哪块内存存放的垃圾数量最多，回收收益最大。整体看是标记整理算法实现，局部看，两个Region之间是标记复制算法实现。不会产生内存空间碎片。

G1把连续的JAVA堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region）;每一个Region可以充当Eden，Survivor，老年代空间。还有Humongous区域，专门用来存储大对象。只要大小超过了一个Region的一半的对象即为大对象。

除G1外的图上其他收集器的特点：

• 年轻代与老年代是各自独立且连续的内存块；
• 年轻代垃圾收集是1个Eden+2个Survivor，使用复制算法；
• 老年代收集必须扫描整个老年代区域；
• 都是以尽可能少而快速地执行GC为设计原则；

2. 配置JVM的垃圾回收器

java的GC回收类型有:

UseSerialGC、UseParallelGC、UseConcMarkSweepGC、UseParNewGC、UseParallelOldGC、UseG1GC

# 查看JVM当前回收器
java -XX:PrintCommandLineFlags -version
# 默认的回收器是并行回收
-XX:+UseParallelGC
# 串行回收
-XX:+UseSerialGC
-----------------------------------------
-XX:+UseParNewGC #使用这个参数后会在新生代进行并行回收，老年代仍旧使用串行回收。新生代S区任然使用复制算法。操作系统是多核CPU上效果明显，单核CPU建议使用串行回收器。打印GC详情时ParNew标识着使用了ParNewGC回收器。默认关闭。
-XX:+UseConcMarkSweepGC #并发标记清除，即使用CMS收集器。它是和应用程序线程一起执行，相对于Stop The World来说虚拟机停顿时间较少。停顿减少，吞吐量会降低。它使用的是 标记清除算法，运作过程为四个步骤，分别是 初始标记—并发标识—重新标记—并发清除。它是老年代的收集算法，新生代使用ParNew收集算法。默认关闭
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection # Full GC后，进行一次整理，整理过程是独占的，会引起停顿时间变长。仅在使用CMS收集器时生效。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 #设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。

3. 垃圾收集器对应收集区域

4. JVM的Client和Server模式是什么

32位的WindowsOS，无论硬件如何都默认使用Client的JVM模式；

32位的其他OS，2G内存同有2个cpu以上用Server模式，低于则默认使用Client模式；

64位OS都是server模式；

5. 垃圾收集器的详细总结

Serial收集器

作用范围：新生代

概念: 单线程的新生代收集器，需要暂停其他线程。推荐在客户端模式下选用，由于没有线程交互的开销，可以获得最高的单线程收集效率。

工作流程：

优势：古老、简单、稳定、高效；

​ 单核下Client模式的默认新生代垃圾收集器；

不足：需要暂停用户线程，停顿时间长;

​ 仅有一个线程去回收；

配置：-XX:+UseSerialGC

配置后会默认使用：Serial（新生代）+Serial Old（老年代）的组合；

ParNew收集器

作用范围：新生代

概念：使用多线程进行垃圾回收，是Serial收集器的多线程并行版本；会有Stop-The-World情况，常见的应用场景是配合老年代的CMS GC工作，其余和Serial收集器一样；

工作流程：

优势：多线程、稳定、高效；

​ 很多Server模式的默认新生代垃圾收集器；

不足：需要暂停用户线程；

配置：-XX:+UseParNewGC配置后只影响新生代，不影响老年代；

​ -XX:ParallelGCThreads设置回收线程数量，默认开启和CPU数目相同的线程数；

配置后默认开启：ParNew（新生代）+Serial Old（老年代）的组合；但JDK8后不推荐此使用并且JDK9后不再支持该默认组合；

Parallel Scavenge收集器

作用范围：新生代

概念：类似于ParNew收集器，使用复制算法，并行的多线程垃圾收集器，俗称吞吐量优先收集器。就是说，串行收集器在新生代和老年代并行化；

工作流程：

优势：1. 可控制吞吐量，根据公式，程序运行100min，垃圾收集时间1min，吞吐量就是99%；高吞吐量意味着高效利用CPU的时间，它多用于在后台运算不需要太多交互的任务；
$$吞吐量=\frac{运行用户代码时间}{运行用户代码时间+运行垃圾收集时间}$$
​ 2.自适应调节策略，虚拟机根据当前系统的运行情况手机性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间(-XX:MaxGCPauseMillis)或最大吞吐量；

配置：-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC可互相激活，使用该收集器；

​ -XX:ParallelGCThreads=N设置回收线程数量；

​ 当 CPU 数量小于8， ParallelGCThreads 的值等于 CPU 数量，当 CPU 数量大于 8 时，则使用公式GC实际线程数N=8 + ((CPU - 8) * 5/8) = 3 +（（5*CPU）/ 8）

​ 由于GC操作会暂停所有的应用程序线程，JVM为了尽量缩短停顿时间就必须尽可能地利用更多的CPU资源。这意味着，默认情况下，JVM会在机器的每个CPU上运行一个线程，最多同时运行8个。一旦达到这个上限，JVM会调整算法，每超出5/8个CPU启动一个新的线程。所以总的线程数就是（这里的N代表CPU的数目）：ParallelGCThreads = 8 + ((CPU - 8) * 5/8) 此处链接

配置第一个自动激活老年代ParallelOld收集器，或者配置ParallelOld老年代收集器，自动激活新生代Parallel收集器；

配置后：新生代使用Parallel Scavenge收集器，老年代使用ParallelOld收集器；

Parallel Old收集器

作用范围：老年代

概念：是Parallel Scavenge的老年代版本，使用多线程的标记-整理算法；

优势：提供了吞吐量优先的垃圾收集器

工作流程：

配置：-XX:+UseParallelOldGC

配置后：新生代使用Parallel + 老年代Parallel Old

CMS收集器

作用范围：老年代

概念：Concurrent Mark Sweep，并发标记清除；是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器；适用于在互联网站或者B/S系统的服务器上，这类应用尤其重视服务器的响应速度，希望系统停顿时间最短。CMS非常适合堆内存大，CPU核数多的服务器端应用，也是G1出现之前大型应用的首选收集器；

工作流程：

• 初始标记：标记一下GC Roots能直接关联的对象，速度很快。需要停顿用户线程。
• 并发标记：从根开始遍历整个对象图的过程，过程耗时长，但不需要停顿用户线程。
• 重新标记：为了修正用户线程继续运作而导致标记变动部分对象的标记记录，这一阶段会比初始阶段稍长，但比并发标记时间短。需要停顿用户线程。
• 并发清除：清理掉已死亡的对象，不需要移动存活对象，可以与用户线程同时并发。

优势：并发收集停顿低，并发是指与用户线程一起执行；

不足：1.对处理器资源非常敏感。会占用一部分线程降低总吞吐量。默认启动的回收线程数是 (处理器核心数+3)/4；

​ 2.无法处理浮动垃圾。在并发标记和并发清理过程中，会产生新的垃圾对象，CMS无法在当次收集中处理掉他们，只好在下一次清理。这部分垃圾称为浮动垃圾。

​ 3.CMS使用标记清除算法，会产生大量的碎片化空间。最后需要通过担保机制对堆内存进行压缩。CMS提供了参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction(默认0，即每次都进行内存整理)来指定多少次CMS收集之后，进行一次压缩的Full GC；

配置：-XX:+UseConcMarkSweepGC

配置该参数后会自动打开配置-XX:+UseParNewGC

该参数开启后使用的是：ParNew新生代 + CMS老年代 + Serial Old的收集器组合，Serial Old将作为CMS出错的后备收集器；

Serial Old收集器

作用范围：老年代

概念：是Serial的老年代版本，同样是单线程收集器，使用标记-整理算法，这个收集器也主要是运行在Client默认的java虚拟机默认的老年代垃圾收集器；也是CMS的兜底收集器；

工作流程：

配置：-XX:+UseSerialOldGCJDK8以后配置无效，已被取消；虚拟机会无法启动，显示该配置无效；

G1收集器

作用范围：整个堆

概念：将堆内存分割成不同的区域然后并发的对其进行垃圾回收；

一款主要面向服务端应用的垃圾收集器；使用Mixed GC模式，面向堆内存任何部分来组成回收集进行回收。标准就是哪块内存存放的垃圾数量最多，回收收益最大。整体看是标记整理算法实现，局部看，两个Region之间是标记复制算法实现。不会产生内存空间碎片。

G1把连续的JAVA堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region）;每一个Region可以充当Eden，Survivor，老年代空间。还有Humongous区域，专门用来存储大对象。只要大小超过了一个Region的一半的对象即为大对象。

内存空间：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6qfjATAk-1631581055744)(./imgs/G1收集器内存图.jpg)]

针对Eden区进行收集，Eden区耗尽后会触发垃圾收集，主要是小区域收集+形成连续的内存块，避免内存碎片；

Eden区的数据移动到Survivor区，假如出现Survivor区空间不够，Eden区数据会部分晋升到Old区；

Survivor区的数据移动到新的Survivor区，部分数据晋升到Old区；

最后Eden区收集干净，GC结束，用户线程继续执行；

工作流程：

• 初始标记：标记GC Roots能直接关联的对象，并修改TAMS的指针，需要停顿线程，耗时短，借助Minor GC时同步完成。实际没有额外停顿。
• 并发标记：从根开始进行可达性分析，耗时长但可并行，完成后重新处理原始快照下有变动的对象。
• 最终标记：对用户线程做另一个短暂的暂停，用于处理并发阶段结束后仍遗留下的少量SATB（原始快照）记录。
• 筛选回收：统计数据，按回收价值和成本排序，将存活对象复制到空Region并清理旧的Region空间，暂停用户线程，并行完成清理和移动对象。

优势：高吞吐量，尽可能满足垃圾收集暂停时间的要求；

​ 像CMS收集器一样，能与应用程序并发执行；

​ 整理空闲空间更快，没有内存碎片；

​ 可预测GC停顿时间，用户可以指定期望停顿的时间；

​ 保证高吞吐性能和不需要更大的堆空间；

G1相比CMS的不足：

1. G1在垃圾收集产生的内存占用与程序运行额外执行负载都比CMS高；
2. G1卡表实现复杂，每个Region均有一个，消耗内存大，CMS只有一个，实现简单，只需要处理老年代到新生代的引用，节省空间。
3. 负载角度：CMS使用写后屏障更新维护卡表，G1还需要使用写前卡表跟踪并发时指针变化。G1需实现类似小消息队列的结构，将写前，写后屏障放到队列异步处理。

配置：-XX:+UseG1GC

-XX:G1HeapRegionSize=n指定每个Region分区的大小（1MB~32MB,是2的幂），默认将整堆划分为2048个分区；

-XX:MaxGCPauseMillis=n最大GC停顿时间，JVM尽可能但不保证停顿小于这个时间（毫秒），可以设置为100；

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n堆占用了多少的时候就触发GC，默认45；

-XX:ConcGCThreads=n并发GC使用的线程数；

-XX:G1ReservePercent=n设置作为空闲空间的预留内存百分比，以降低目标空间溢出的风险，默认值是10%；

6. 如何选择垃圾收集器

• 单CPU或小内存，单机程序

  -XX:+UseSerialGC

• 多CPU，需要最大吞吐量，如后台计算型应用

  -XX:+UseParallelGC 或者 -XX:+UseParallrelOldGC

• 多CPU，追求低停顿，需要快速响应如互联网应用

  -XX:+UseConcMarkSweepGC

  -XX:+ParNewGC

7. github奇淫技巧

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