JVM常見面試題解析

前言

總結(jié)了JVM一些經(jīng)典面試題，分享出我自己的解題思路，希望對大家有幫助，有哪里你覺得不正確的話，歡迎指出，后續(xù)有空會更新。

1.什么情況下會發(fā)生棧內(nèi)存溢出。

思路： 描述棧定義，再描述為什么會溢出，再說明一下相關(guān)配置參數(shù)，OK的話可以給面試官手寫是一個(gè)棧溢出的demo。

我的答案：

• 棧是線程私有的，他的生命周期與線程相同，每個(gè)方法在執(zhí)行的時(shí)候都會創(chuàng)建一個(gè)棧幀，用來存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息。局部變量表又包含基本數(shù)據(jù)類型，對象引用類型

• 如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常，方法遞歸調(diào)用產(chǎn)生這種結(jié)果。

• 如果Java虛擬機(jī)棧可以動態(tài)擴(kuò)展，并且擴(kuò)展的動作已經(jīng)嘗試過，但是無法申請到足夠的內(nèi)存去完成擴(kuò)展，或者在新建立線程的時(shí)候沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應(yīng)的虛擬機(jī)棧，那么Java虛擬機(jī)將拋出一個(gè)OutOfMemory 異常。(線程啟動過多)

• 參數(shù) -Xss 去調(diào)整JVM棧的大小

2.詳解JVM內(nèi)存模型

思路： 給面試官畫一下JVM內(nèi)存模型圖，并描述每個(gè)模塊的定義，作用，以及可能會存在的問題，如棧溢出等。

我的答案：

• JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)

程序計(jì)數(shù)器：當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，用于記錄正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)指令地址，線程私有。

Java虛擬棧：存放基本數(shù)據(jù)類型、對象的引用、方法出口等，線程私有。

Native方法棧：和虛擬棧相似，只不過它服務(wù)于Native方法，線程私有。

Java堆：java內(nèi)存最大的一塊，所有對象實(shí)例、數(shù)組都存放在java堆，GC回收的地方，線程共享。

方法區(qū)：存放已被加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼數(shù)據(jù)等。（即永久帶），回收目標(biāo)主要是常量池的回收和類型的卸載，各線程共享

3.JVM內(nèi)存為什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中為什么要分為Eden和Survivor。

思路： 先講一下JAVA堆，新生代的劃分，再談?wù)勊鼈冎g的轉(zhuǎn)化，相互之間一些參數(shù)的配置（如：–XX:NewRatio，–XX:SurvivorRatio等），再解釋為什么要這樣劃分，最好加一點(diǎn)自己的理解。

我的答案：

1）共享內(nèi)存區(qū)劃分

• 共享內(nèi)存區(qū) = 持久帶 + 堆

• 持久帶 = 方法區(qū) + 其他

• Java堆 = 老年代 + 新生代

• 新生代 = Eden + S0 + S1

2）一些參數(shù)的配置

• 默認(rèn)的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ，可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 配置。

• 默認(rèn)的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定)

• Survivor區(qū)中的對象被復(fù)制次數(shù)為15(對應(yīng)虛擬機(jī)參數(shù) -XX:+MaxTenuringThreshold)

3)為什么要分為Eden和Survivor?為什么要設(shè)置兩個(gè)Survivor區(qū)？

• 如果沒有Survivor，Eden區(qū)每進(jìn)行一次Minor GC，存活的對象就會被送到老年代。老年代很快被填滿，觸發(fā)Major GC.老年代的內(nèi)存空間遠(yuǎn)大于新生代，進(jìn)行一次Full GC消耗的時(shí)間比Minor GC長得多,所以需要分為Eden和Survivor。

• Survivor的存在意義，就是減少被送到老年代的對象，進(jìn)而減少Full GC的發(fā)生，Survivor的預(yù)篩選保證，只有經(jīng)歷16次Minor GC還能在新生代中存活的對象，才會被送到老年代。

• 設(shè)置兩個(gè)Survivor區(qū)最大的好處就是解決了碎片化，剛剛新建的對象在Eden中，經(jīng)歷一次Minor GC，Eden中的存活對象就會被移動到第一塊survivor space S0，Eden被清空；等Eden區(qū)再滿了，就再觸發(fā)一次Minor GC，Eden和S0中的存活對象又會被復(fù)制送入第二塊survivor space S1（這個(gè)過程非常重要，因?yàn)檫@種復(fù)制算法保證了S1中來自S0和Eden兩部分的存活對象占用連續(xù)的內(nèi)存空間，避免了碎片化的發(fā)生）

4. JVM中一次完整的GC流程是怎樣的，對象如何晉升到老年代

思路： 先描述一下Java堆內(nèi)存劃分，再解釋Minor GC，Major GC，full GC，描述它們之間轉(zhuǎn)化流程。

我的答案：

• Java堆 = 老年代 + 新生代

• 新生代 = Eden + S0 + S1

• 當(dāng) Eden 區(qū)的空間滿了， Java虛擬機(jī)會觸發(fā)一次 Minor GC，以收集新生代的垃圾，存活下來的對象，則會轉(zhuǎn)移到 Survivor區(qū)。

• 大對象（需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的Java對象，如那種很長的字符串）直接進(jìn)入老年態(tài)；

• 如果對象在Eden出生，并經(jīng)過第一次Minor GC后仍然存活，并且被Survivor容納的話，年齡設(shè)為1，每熬過一次Minor GC，年齡+1，若年齡超過一定限制（15），則被晉升到老年態(tài)。即長期存活的對象進(jìn)入老年態(tài)。

• 老年代滿了而無法容納更多的對象，Minor GC 之后通常就會進(jìn)行Full GC，F(xiàn)ull GC  清理整個(gè)內(nèi)存堆 – 包括年輕代和年老代。

• Major GC 發(fā)生在老年代的GC，清理老年區(qū)，經(jīng)常會伴隨至少一次Minor GC，比Minor GC慢10倍以上。

5.你知道哪幾種垃圾收集器，各自的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)講下cms和G1，包括原理，流程，優(yōu)缺點(diǎn)。

思路： 一定要記住典型的垃圾收集器，尤其cms和G1，它們的原理與區(qū)別，涉及的垃圾

回收算法。

我的答案：

1）幾種垃圾收集器：

• Serial收集器： 單線程的收集器，收集垃圾時(shí)，必須stop the world，使用復(fù)制算法。

• ParNew收集器：  Serial收集器的多線程版本，也需要stop the world，復(fù)制算法。

• Parallel Scavenge收集器： 新生代收集器，復(fù)制算法的收集器，并發(fā)的多線程收集器，目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控的吞吐量。如果虛擬機(jī)總共運(yùn)行100分鐘，其中垃圾花掉1分鐘，吞吐量就是99%。

• Serial Old收集器： 是Serial收集器的老年代版本，單線程收集器，使用標(biāo)記整理算法。

• Parallel Old收集器： 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程，標(biāo)記-整理算法。

• CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器： 是一種以獲得最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，標(biāo)記清除算法，運(yùn)作過程：初始標(biāo)記，并發(fā)標(biāo)記，重新標(biāo)記，并發(fā)清除，收集結(jié)束會產(chǎn)生大量空間碎片。

• G1收集器： 標(biāo)記整理算法實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作流程主要包括以下：初始標(biāo)記，并發(fā)標(biāo)記，最終標(biāo)記，篩選標(biāo)記。不會產(chǎn)生空間碎片，可以精確地控制停頓。

2）CMS收集器和G1收集器的區(qū)別：

• CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用；

• G1收集器收集范圍是老年代和新生代，不需要結(jié)合其他收集器使用；

• CMS收集器以最小的停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器；

• G1收集器可預(yù)測垃圾回收的停頓時(shí)間

• CMS收集器是使用“標(biāo)記-清除”算法進(jìn)行的垃圾回收，容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片

• G1收集器使用的是“標(biāo)記-整理”算法，進(jìn)行了空間整合，降低了內(nèi)存空間碎片。

6.JVM內(nèi)存模型的相關(guān)知識了解多少，比如重排序，內(nèi)存屏障，happen-before，主內(nèi)存，工作內(nèi)存。

思路：  先畫出Java內(nèi)存模型圖，結(jié)合例子volatile ，說明什么是重排序，內(nèi)存屏障，最好能給面試官寫以下demo說明。

我的答案：

1）Java內(nèi)存模型圖：

Java內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲在主內(nèi)存中，每條線程還有自己的工作內(nèi)存，線程的工作內(nèi)存中保存了該線程中是用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線程對變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫主內(nèi)存。不同的線程之間也無法直接訪問對方工作內(nèi)存中的變量，線程間變量的傳遞均需要自己的工作內(nèi)存和主存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步進(jìn)行。

2）指令重排序。

在這里，先看一段代碼

public class PossibleReordering {static int x = 0, y = 0;static int a = 0, b = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    Thread one = new Thread(new Runnable() {public void run() {            a = 1;            x = b;        }    });
    Thread other = new Thread(new Runnable() {public void run() {            b = 1;            y = a;        }    });    one.start();other.start();    one.join();other.join();    System.out.println(“(” + x + “,” + y + “)”);}

運(yùn)行結(jié)果可能為(1,0)、(0,1)或(1,1)，也可能是(0,0)。因?yàn)椋趯?shí)際運(yùn)行時(shí)，代碼指令可能并不是嚴(yán)格按照代碼語句順序執(zhí)行的。大多數(shù)現(xiàn)代微處理器都會采用將指令亂序執(zhí)行（out-of-order execution，簡稱OoOE或OOE）的方法，在條件允許的情況下，直接運(yùn)行當(dāng)前有能力立即執(zhí)行的后續(xù)指令，避開獲取下一條指令所需數(shù)據(jù)時(shí)造成的等待3。

通過亂序執(zhí)行的技術(shù)，處理器可以大大提高執(zhí)行效率。而這就是指令重排。

3）內(nèi)存屏障

內(nèi)存屏障，也叫內(nèi)存柵欄，是一種CPU指令，用于控制特定條件下的重排序和內(nèi)存可見性問題。

• LoadLoad屏障：對于這樣的語句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后續(xù)讀取操作要讀取的數(shù)據(jù)被訪問前，保證Load1要讀取的數(shù)據(jù)被讀取完畢。

• StoreStore屏障：對于這樣的語句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后續(xù)寫入操作執(zhí)行前，保證Store1的寫入操作對其它處理器可見。

• LoadStore屏障：對于這樣的語句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后續(xù)寫入操作被刷出前，保證Load1要讀取的數(shù)據(jù)被讀取完畢。

• StoreLoad屏障：對于這樣的語句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后續(xù)所有讀取操作執(zhí)行前，保證Store1的寫入對所有處理器可見。它的開銷是四種屏障中最大的。       在大多數(shù)處理器的實(shí)現(xiàn)中，這個(gè)屏障是個(gè)萬能屏障，兼具其它三種內(nèi)存屏障的功能。

4）happen-before原則

• 單線程happen-before原則：在同一個(gè)線程中，書寫在前面的操作happen-before后面的操作。鎖的happen-before原則：同一個(gè)鎖的unlock操作happen-before此鎖的lock操作。

• volatile的happen-before原則：對一個(gè)volatile變量的寫操作happen-before對此變量的任意操作(當(dāng)然也包括寫操作了)。

• happen-before的傳遞性原則：如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。

• 線程啟動的happen-before原則：同一個(gè)線程的start方法happen-before此線程的其它方法。

• 線程中斷的happen-before原則 ：對線程interrupt方法的調(diào)用happen-before被中斷線程的檢測到中斷發(fā)送的代碼。

• 線程終結(jié)的happen-before原則： 線程中的所有操作都happen-before線程的終止檢測。

• 對象創(chuàng)建的happen-before原則： 一個(gè)對象的初始化完成先于他的finalize方法調(diào)用。

7.簡單說說你了解的類加載器，可以打破雙親委派么，怎么打破。

思路： 先說明一下什么是類加載器，可以給面試官畫個(gè)圖，再說一下類加載器存在的意義，說一下雙親委派模型，最后闡述怎么打破雙親委派模型。

我的答案：

1) 什么是類加載器？

類加載器 就是根據(jù)指定全限定名稱將class文件加載到JVM內(nèi)存，轉(zhuǎn)為Class對象。

• 啟動類加載器（Bootstrap  ClassLoader）：由C++語言實(shí)現(xiàn)（針對HotSpot）,負(fù)責(zé)將存放在<JAVA_HOME>\lib目錄或-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的類庫加載到內(nèi)存中。

• 其他類加載器：由Java語言實(shí)現(xiàn)，繼承自抽象類ClassLoader。如：

• 擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄或java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫。

• 應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）。負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（classpath）上的指定類庫，我們可以直接使用這個(gè)類加載器。一般情況，如果我們沒有自定義類加載器默認(rèn)就是用這個(gè)加載器。

2）雙親委派模型

雙親委派模型工作過程是：

如果一個(gè)類加載器收到類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把這個(gè)請求委派給父類加載器完成。每個(gè)類加載器都是如此，只有當(dāng)父加載器在自己的搜索范圍內(nèi)找不到指定的類時(shí)（即ClassNotFoundException），子加載器才會嘗試自己去加載。

雙親委派模型圖：

3）為什么需要雙親委派模型？

在這里，先想一下，如果沒有雙親委派，那么用戶是不是可以自己定義一個(gè)java.lang.Object的同名類，java.lang.String的同名類，并把它放到ClassPath中,那么類之間的比較結(jié)果及類的唯一性將無法保證，因此，為什么需要雙親委派模型？防止內(nèi)存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼

4）怎么打破雙親委派模型？

打破雙親委派機(jī)制則不僅要繼承ClassLoader類，還要重寫loadClass和findClass方法。

8.說說你知道的幾種主要的JVM參數(shù)

思路： 可以說一下堆棧配置相關(guān)的，垃圾收集器相關(guān)的，還有一下輔助信息相關(guān)的。

我的答案：

1）堆棧配置相關(guān)

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:MaxPermSize=16m -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0

-Xmx3550m： 最大堆大小為3550m。

-Xms3550m： 設(shè)置初始堆大小為3550m。

-Xmn2g： 設(shè)置年輕代大小為2g。

-Xss128k： 每個(gè)線程的堆棧大小為128k。

-XX:MaxPermSize：  設(shè)置持久代大小為16m

-XX:NewRatio=4: 設(shè)置年輕代（包括Eden和兩個(gè)Survivor區(qū)）與年老代的比值（除去持久代）。

-XX:SurvivorRatio=4： 設(shè)置年輕代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值。設(shè)置為4，則兩個(gè)Survivor區(qū)與一個(gè)Eden區(qū)的比值為2:4，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/6

-XX:MaxTenuringThreshold=0： 設(shè)置垃圾最大年齡。如果設(shè)置為0的話，則年輕代對象不經(jīng)過Survivor區(qū)，直接進(jìn)入年老代。

2）垃圾收集器相關(guān)

-XX:+UseParallelGC-XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：

-XX:+UseParallelGC： 選擇垃圾收集器為并行收集器。

-XX:ParallelGCThreads=20： 配置并行收集器的線程數(shù)

-XX:+UseConcMarkSweepGC： 設(shè)置年老代為并發(fā)收集。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由于并發(fā)收集器不對內(nèi)存空間進(jìn)行壓縮、整理，所以運(yùn)行一段時(shí)間以后會產(chǎn)生“碎片”，使得運(yùn)行效率降低。此值設(shè)置運(yùn)行多少次GC以后對內(nèi)存空間進(jìn)行壓縮、整理。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection： 打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，但是可以消除碎片

3）輔助信息相關(guān)

-XX:+PrintGC-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGC 輸出形式:

[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

-XX:+PrintGCDetails 輸出形式:

[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

9.怎么打出線程棧信息。

思路： 可以說一下jps，top ，jstack這幾個(gè)命令，再配合一次排查線上問題進(jìn)行解答。

我的答案：

• 輸入jps，獲得進(jìn)程號。

• top -Hp pid 獲取本進(jìn)程中所有線程的CPU耗時(shí)性能

• jstack pid命令查看當(dāng)前java進(jìn)程的堆棧狀態(tài)

• 或者 jstack -l  > /tmp/output.txt 把堆棧信息打到一個(gè)txt文件。

• 可以使用fastthread 堆棧定位，fastthread.io/

10.強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用的區(qū)別？

思路： 先說一下四種引用的定義，可以結(jié)合代碼講一下，也可以擴(kuò)展談到ThreadLocalMap里弱引用用處。

我的答案：

1）強(qiáng)引用

我們平時(shí)new了一個(gè)對象就是強(qiáng)引用，例如 Object obj = new Object();即使在內(nèi)存不足的情況下，JVM寧愿拋出OutOfMemory錯(cuò)誤也不會回收這種對象。

2）軟引用

如果一個(gè)對象只具有軟引用，則內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；如果內(nèi)存空間不足了，就會回收這些對象的內(nèi)存。

SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 軟引用

用處：軟引用在實(shí)際中有重要的應(yīng)用，例如瀏覽器的后退按鈕。按后退時(shí)，這個(gè)后退時(shí)顯示的網(wǎng)頁內(nèi)容是重新進(jìn)行請求還是從緩存中取出呢？這就要看具體的實(shí)現(xiàn)策略了。

（1）如果一個(gè)網(wǎng)頁在瀏覽結(jié)束時(shí)就進(jìn)行內(nèi)容的回收，則按后退查看前面瀏覽過的頁面時(shí)，需要重新構(gòu)建

（2）如果將瀏覽過的網(wǎng)頁存儲到內(nèi)存中會造成內(nèi)存的大量浪費(fèi)，甚至?xí)斐蓛?nèi)存溢出

如下代碼：

Browser prev = new Browser();               // 獲取頁面進(jìn)行瀏覽SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 瀏覽完畢后置為軟引用        if(sr.get()!=null){     rev = (Browser) sr.get();           // 還沒有被回收器回收，直接獲取}else{    prev = new Browser();               // 由于內(nèi)存吃緊，所以對軟引用的對象回收了    sr = new SoftReference(prev);       // 重新構(gòu)建}

3）弱引用

具有弱引用的對象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會回收它的內(nèi)存。

String str=new String("abc");    WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);str=null;等價(jià)于str = null;System.gc();

4）虛引用

如果一個(gè)對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。虛引用主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動。

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作者：撿田螺的小男孩

出處：https://juejin.cn/post/6844903895123099662