直通大厂：Java必考系列——JVM经典面试题目（含答案）

Posted 2021-03-02

Q1：类的加载机制是什么?

答：类加载到内存中主要有5个阶段，分别为
①加载：将Class文件读取到运行时数据区的方法区内，在堆中创建Class对象，并封装类在方法区的数据结构的过程。
②验证：主要用于确保Class文件符合当前虚拟机的要求，保障虚拟机自身的安全，只有通过验证的Class文件才能被JVM加载。
③准备：主要工作是在方法区中为类变量分配内存空间并设置类中变量的初始值。④解析：将常量池中的符号引用替换为直接引用。
⑤初始化：主要通过执行类构造器的<client>方法为类进行初始化，该方法是在编译阶段由编译器自动收集类中静态语句块和变量的赋值操作组成的。JVM规定，只有在父类的<client>方法都执行成功后，子类的方法才可以被执行。在一个类中既没有静态变量赋值操作也没有静态语句块时，编译器不会为该类生成<client>方法。

Q2：有哪些类加载器，类加载器的加载模型是什么，有什么好处？

答：①主要有启动类加载器，负责加载JAVA_HOME/lib中的类库；扩展类加载器，负责加载JAVA_HOME/lib/ext中的类库；应用程序类加载器，也称系统类加载器，负责加载用户类路径上指定的类库；也可以自定义类加载器。②类加载器之间的层次关系叫做双亲委派模型，要求除了顶层的启动类加载器外其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。一个类收到类加载请求后会层层找父类加载器去尝试加载，因此所有的加载请求最终都会被传送到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器反馈自己无法完成加载时子加载器才会尝试自己去加载。③双亲委派模型的好处是保障类加载的唯一性和安全性，例如加载rt.jar包中的java.lang.Object，无论哪一个类加载最终都会委托给启动类加载器，这样就保证了类加载的唯一性。如果存在包名和类名都相同的两个类，那么该类就无法被加载。

Q3：简述JVM的内存区域
答：JVM的内存区域分为线程私有区域（程序计数器、虚拟机栈、本地方法区）、线程共享区域（堆、方法区）和直接内存。
①程序计数器是一块很小的内存空间，用于存储当前线程执行字节码文件的行号指示器。
②虚拟机栈是描述Java方法执行过程的内存模型，帧栈中存储了局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。
③本地方法栈，和虚拟机栈作用类似，区别是虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为Native方法服务。
④JVM运行过程中创建的对象和生成的数据都存储在堆中，堆是被线程共享的内存区域，也是垃圾回收最主要的内存区域。
⑤方法区用来存储常量，静态变量、类信息、即时编译器编译后的机器码、运行时常量池等数据。

Q4：哪些情况下类不会初始化？
答：
①常量在编译时会存放在使用该常量的类的常量池，该过程不要调用常量所在的类，不会初始化。
②子类引用父类的静态变量时，子类不会初始化，只有父类会初始化。
③定义对象数组，不会触发该类的初始化。
④在使用类名获取Class对象时不会触发类的初始化。
⑤在使用Class.forName()加载指定的类时，可以通过initialize参数设置是否需要初始化。⑥在使用ClassLoader默认的loadClass方法加载类时不会触发该类的初始化。

Q5：哪些情况下类会初始化？
答：①创建类的实例。②访问某个类或接口的静态变量，或对该静态变量赋值。③调用类的静态方法。④初始化一个类的子类时（初始化子类，父类必须先初始化）。⑤JVM启动时被标为启动类的类。⑥使用反射进行方法调用时。

Q6：谈谈JVM的运行时内存
答：JVM的运行时内存也叫做JVM堆，从GC角度更将其分为新生代，老年代和永久代。其中新生代默认占1/3堆空间，老年代默认占2/3堆空间，永久代占非常少的堆空间。新生代又分为Eden区、ServivorFrom区和ServivorTo区，Eden区默认占8/10新生代空间，ServivorFrom区和ServivorTo区默认分别占1/10新生代空间。

Q7：谈谈新生代是怎么分区的
答：①JVM新创建的对象（除了大对象外）会被存放在新生代，默认占1/3堆内存空间。由于JVM会频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC进行垃圾回收。②新生代又分为Eden区，ServivorFrom区和ServivorTo区。③Eden区：Java新创建的对象首先会被存放在Eden区，如果新创建的对象属于大对象，则直接将其分配到老年代。大对象的定义和具体的JVM版本、堆大小和垃圾回收策略有关，一般为2KB~128KB，可通过-XX:PretenureSizeThreshold设置其大小。在Eden区的内存空间不足时会触发MinorGC，对新生代进行一次垃圾回收。②ServivorTo区：保留上一次MinorGC时的幸存者。③ServivorFrom区：将上一次MinorGC时的幸存者作为这一次MinorGC的被扫描者。

Q8：谈谈新生代的垃圾回收机制
答：新生代的GC过程叫做MinorGC，采用复制算法实现，具体过程如下：

①把在Eden区和ServivorFrom区中存活的对象复制到ServivorTo区，如果某对象的年龄达到老年代的标准，则将其复制到老年代，同时把这些对象的年龄加1。如果ServivorTo区的内存空间不够，则也直接将其复制到老年代。如果对象属于大对象，则也直接复制到老年代。②清空Eden区和ServivorFrom区中的对象。③将ServivorFrom区和ServivorTo区互换，原来的ServivorTo区成为下一次GC时的ServivorFrom区。

Q9：谈谈老年代的垃圾回收机制
答：①老年代主要存放有长生命周期的对象和大对象，老年代的GC叫MajorGC。②在老年代，对象比较稳定，MajorGC不会频繁触发。在进行MajorGC前，JVM会进行一次MinorGC，过后仍然出现老年代空间不足或无法找到足够大的连续内存空间分配给新创建的大对象时，会触发MajorGC进行垃圾回收，释放JVM的内存空间。③MajorGC采用标记清除算法，该算法首先会扫描所有对象并标记存活的对象，然后回收未被标记的对象，并释放内存空间。因为要先扫描老年代的所有对象再回收，所以MajorGC的时间较长。容易产生内存碎片，在老年代没有内存空间可分配时，会出现内存溢出异常。

Q10：谈一谈永久代
答：①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在类加载时被放入永久代。②永久代和老年代、新生代不同，GC不会在程序运行期间对永久代的内存进行清理，这也导致了永久代的内存会随着加载的Class文件的增加而增加，在加载的Class文件过多时会出现内存溢出异常，比如Tomcat引用jar文件过多导致JVM内存不足而无法启动。③在JDK1.8中，永久代已经被元数据区取代。元数据区的作用和永久代类似，二者最大的区别在于：元数据区并没有使用虚拟机的内存，而是直接使用操作系统的本地内存。因此元空间的大小不受JVM内存的限制，只和操作系统的内存有关。④在JDK1.8中，JVM将类的元数据放入本地内存中，将常量池和类的静态常量放入Java堆中，这样JVM能够加载多少元数据信息就不再由JVM的最大可用内存空间决定，而由操作系统的实际可用内存空间决定。

Q11：如何确定对象是否是垃圾？
答：①Java采用引用计数法和可达性分析来确定对象是否应该被回收。引用计数法容易产生循环引用的问题，可达性分析通过根搜索算法实现。根搜索算法以一系列GC Roots的点作为起点向下搜索，在一个对象到任何GC Roots都没有引用链相连时，说明其已经死亡。根搜索算法主要针对栈中的引用、方法区的静态引用和JNI中的引用展开分析。②引用计数法：在Java中如果要操作对象，就必须先获取该对象的引用，因此可以通过引用计数法来判断一个对象是否可以被回收。在为对象添加一个引用时，引用计数加1；在为对象删除一个引用时，引用计数减1；如果一个对象的引用计数为0，则表示此刻该对象没有被引用，可以被回收。引用计数法容易产生循环引用问题，循环引用指两个对象相互引用，导致它们的引用一直存在，而不能被回收。③可达性分析：为了解决引用计数法的循环引用问题，Java还采用了可达性分析来判断对象是否可以被回收。具体做法是首先定义一些GC Roots对象，然后以这些GC Roots对象作为起点向下搜索，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。不可达对象要经过至少两次标记才能判断其是否可被回收，如果两次标记后该对象仍然不可达，则将被垃圾回收器回收。

Q12：有哪些GC算法？分别有什么特点？
答：①标记清除算法：标记出所有需要回收的对象，然后清除可回收的对象。效率较低，并且因为在清除后没有重新整理可用的内存空间，如果内存中可被回收的小对象居多，会引起内存碎片化问题。②复制算法：将可用内存分为区域1和区域2，将新生成的对象放在区域1，在区域1满后对区域1进行一次标记，将标记后仍然存活的对象复制到区域2，然后清除区域1。效率较高并且易于实现，解决了内存碎片化的问题，缺点是浪费了大量内存，同时在系统中存在长生命周期对象时会在两区域间来回复制影响系统效率。③标记清除算法：结合了标记清除算法和复制算法的优点，标记过程和标记清除算法一样，标记后将存活的对象移动到一端，清理另一端。④分代收集算法：根据对象不同类型把内存划分为不同区域，把堆划分为新生代和老年代。由于新生代的对象生命周期较短，主要采用复制算法。将新生代划分为一块较大的Eden区和两块较小的Survivor区，Servivor区又分为ServivorTo和ServivorFrom区。JVM在运行过程中主要使用Eden和SurvivorFrom区，进行垃圾回收时将这个两个区域存活的对象复制到SurvivorTo区并清除这两个区域。老年代主要存储长生命周期的大对象，因此采用标记清除或标记整理算法。

Q13：有哪些垃圾回收器？各自有什么特点?
答：①Serial：单线程，基于复制算法，JVM运行在Client时默认的新生代垃圾收集器。②ParNew：Serial的多线程实现，基于复制算法，JVM运行在Server时默认 的新生代垃圾收集器。③Paraller Scavenge：多线程，基于复制算法，以吞吐量最大化为目标，允许较长时间的STW换取吞吐量。④Serial Old：单线程，基于标记整理算法，是JVM运行在Client模式下默认的老年代垃圾回收器，可和Serial搭配使用。⑤Parall Old：多线程，基于标记整理算法，优先考虑系统的吞吐量。⑥CMS：多线程，基于标记清除算法，为老年代设计，追求最短停顿时间。主要有四个步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。⑥G1：将堆内存分为几个大小固定的独立区域，在后台维护了一个优先列表，根据允许的收集时间回收垃圾收集价值最大的区域。相比CMS不会产生内存碎片，并且可精确控制停顿时间。分为四个阶段：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。

Q14：Java中有哪些引用类型？
答：①强引用，最常见的引用类型，把一个对象指向一个引用变量时就是强引用。强引用的对象一定为可达性状态，所以不会被垃圾回收，是内存泄漏的主要原因。②软引用，通过SoftReference实现，如果一个对象只有软引用，当内存空间不足时将被回收。③弱引用，通过WeakReference实现，如果一个对象只有弱引用，在垃圾回收过程中一定会被回收。④虚引用，通过PhantomReference实现，虚引用和引用队列联合使用，主要用来跟踪对象的垃圾回收过程。

Q15：JVM有哪些内存回收与回收策略？
答：①对象优先在Eden区分配：大多数情况下对象在新生代Eden区分配，当Eden区没有足够空间时，虚拟机将发起一次MinorGC。②大对象直接进入老年代：大对象是指需要大量连续内存空间的Java对象，如很长的字符串及数组。虚拟机提供了一个参数-XX:PretenureSizeThreshold，大于该值的对象会直接进入老年代，防止它在新生代之间来回复制。③长期存活的对象进入老年代：虚拟机给每个对象定义了一个年龄计数器，若对象在Eden区出生、经过第一次MinorGC后仍存活且能被Survivor容纳，将被移到Survivor区并且对象年龄设为1。每经过一次MinorGC，年龄就加1。默认在年龄增加到15时晋升到老年代，可通过-XX:MaxTenuringThreshold设置晋升老年代的年龄阈值。④动态对象年龄判定：如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小超过了该空间的一半，大于等于该年龄的对象就可以直接进入老年代而不用等到达到阈值。⑤空间分配担保：发生MinorGC前，先判断老年代最大可用连续空间是否大于新生代所有对象的总空间，如果成立那么MinorGC是安全的。如果不成立会查看HandlePromotionFailure是否允许担保，如果允许会冒险进行MinorGC，否则改为一次FullGC。

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