10個經典又容易被人疏忽的JVM面試題

1. 對象一定分配在堆中嗎？有沒有了解逃逸分析技術？

「對象一定分配在堆中嗎？」 不一定的，JVM通過「逃逸分析」，那些逃不出方法的對象會在棧上分配。

• 「什么是逃逸分析？」

逃逸分析(Escape Analysis)，是一種可以有效減少Java 程序中同步負載和內存堆分配壓力的跨函數(shù)全局數(shù)據(jù)流分析算法。通過逃逸分析，Java Hotspot編譯器能夠分析出一個新的對象的引用的使用范圍，從而決定是否要將這個對象分配到堆上。

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逃逸分析是指分析指針動態(tài)范圍的方法，它同編譯器優(yōu)化原理的指針分析和外形分析相關聯(lián)。當變量（或者對象）在方法中分配后，其指針有可能被返回或者被全局引用，這樣就會被其他方法或者線程所引用，這種現(xiàn)象稱作指針（或者引用）的逃逸(Escape)。通俗點講，如果一個對象的指針被多個方法或者線程引用時，那么我們就稱這個對象的指針發(fā)生了逃逸。

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• 「一個逃逸分析的例子」

/**
?*??@author?撿田螺的小男孩
?*/
public?class?EscapeAnalysisTest?{

????public?static?Object?object;

????//StringBuilder可能被其他方法改變，逃逸到了方法外部。
????public?StringBuilder??escape(String?a,?String?b)?{
????????//公眾號：撿田螺的小男孩
????????StringBuilder?str?=?new?StringBuilder();
????????str.append(a);
????????str.append(b);
????????return?str;
????}

????//不直接返回StringBuffer,不發(fā)生逃逸
????public?String?notEscape(String?a,?String?b)?{
????????//公眾號：撿田螺的小男孩
????????StringBuilder?str?=?new?StringBuilder();
????????str.append(a);
????????str.append(b);
????????return?str.toString();
????}

????//外部線程可見object,發(fā)生逃逸
????public?void?objectEscape(){
????????object?=?new?Object();
????}

????//僅方法內部可見,不發(fā)生逃逸
????public?void?objectNotEscape(){
????????Object?object?=?new?Object();
????}
}

「逃逸分析的好處」

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• 棧上分配，可以降低垃圾收集器運行的頻率。
• 同步消除，如果發(fā)現(xiàn)某個對象只能從一個線程可訪問，那么在這個對象上的操作可以不需要同步。
• 標量替換，把對象分解成一個個基本類型，并且內存分配不再是分配在堆上，而是分配在棧上。這樣的好處有，一、減少內存使用，因為不用生成對象頭。二、程序內存回收效率高，并且GC頻率也會減少。

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2.虛擬機為什么使用元空間替換了永久代？

「什么是元空間？什么是永久代？為什么用元空間代替永久代？」 我們先回顧一下「方法區(qū)」吧,看看虛擬機運行時數(shù)據(jù)內存圖，如下:

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方法區(qū)和堆一樣，是各個線程共享的內存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

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「什么是永久代？它和方法區(qū)有什么關系呢？」

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如果在HotSpot虛擬機上開發(fā)、部署，很多程序員都把方法區(qū)稱作永久代。可以說方法區(qū)是規(guī)范，永久代是Hotspot針對該規(guī)范進行的實現(xiàn)。在Java7及以前的版本，方法區(qū)都是永久代實現(xiàn)的。

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「什么是元空間？它和方法區(qū)有什么關系呢？」

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對于Java8，HotSpots取消了永久代，取而代之的是元空間(Metaspace)。換句話說，就是方法區(qū)還是在的，只是實現(xiàn)變了，從永久代變?yōu)樵臻g了。

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「為什么使用元空間替換了永久代？」

• 永久代的方法區(qū)，和堆使用的物理內存是連續(xù)的。

「永久代」是通過以下這兩個參數(shù)配置大小的~

• -XX:PremSize：設置永久代的初始大小
• -XX:MaxPermSize: 設置永久代的最大值，默認是64M

對于「永久代」，如果動態(tài)生成很多class的話，就很可能出現(xiàn)「java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space錯誤」，因為永久代空間配置有限嘛。最典型的場景是，在web開發(fā)比較多jsp頁面的時候。

• JDK8之后，方法區(qū)存在于元空間(Metaspace)。物理內存不再與堆連續(xù)，而是直接存在于本地內存中，理論上機器「內存有多大，元空間就有多大」。

可以通過以下的參數(shù)來設置元空間的大小：

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• -XX:MetaspaceSize，初始空間大小，達到該值就會觸發(fā)垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就適當降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過MaxMetaspaceSize時，適當提高該值。
• -XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，默認是沒有限制的。
• -XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為分配空間所導致的垃圾收集
• -XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為釋放空間所導致的垃圾收集

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「所以，為什么使用元空間替換永久代？」

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表面上看是為了避免OOM異常。因為通常使用PermSize和MaxPermSize設置永久代的大小就決定了永久代的上限，但是不是總能知道應該設置為多大合適, 如果使用默認值很容易遇到OOM錯誤。當使用元空間時，可以加載多少類的元數(shù)據(jù)就不再由MaxPermSize控制, 而由系統(tǒng)的實際可用空間來控制啦。

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3.什么是Stop The World ? ?什么是OopMap？什么是安全點？

進行垃圾回收的過程中，會涉及對象的移動。為了保證對象引用更新的正確性，必須暫停所有的用戶線程，像這樣的停頓，虛擬機設計者形象描述為「Stop The World」。

在HotSpot中，有個數(shù)據(jù)結構（映射表）稱為「OopMap」。一旦類加載動作完成的時候，HotSpot就會把對象內什么偏移量上是什么類型的數(shù)據(jù)計算出來，記錄到OopMap。在即時編譯過程中，也會在「特定的位置」生成 OopMap，記錄下棧上和寄存器里哪些位置是引用。

這些特定的位置主要在：

• 1.循環(huán)的末尾（非 counted 循環(huán)）
• 2.方法臨返回前 / 調用方法的call指令后
• 3.可能拋異常的位置

這些位置就叫作「安全點(safepoint)?！?/strong> 用戶程序執(zhí)行時并非在代碼指令流的任意位置都能夠在停頓下來開始垃圾收集，而是必須是執(zhí)行到安全點才能夠暫停。

4.說一下JVM 的主要組成部分及其作用？

JVM包含兩個子系統(tǒng)和兩個組件，分別為

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• Class loader(類裝載子系統(tǒng))
• Execution engine(執(zhí)行引擎子系統(tǒng))；
• Runtime data area(運行時數(shù)據(jù)區(qū)組件)
• Native Interface(本地接口組件)。

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• 「Class loader(類裝載)：」 根據(jù)給定的全限定名類名(如：java.lang.Object)來裝載class文件到運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)中。
• 「Execution engine（執(zhí)行引擎）」：執(zhí)行class的指令。
• 「Native Interface(本地接口)：」 與native lib交互，是其它編程語言交互的接口。
• 「Runtime data area(運行時數(shù)據(jù)區(qū)域)」：即我們常說的JVM的內存。

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首先通過編譯器把 Java源代碼轉換成字節(jié)碼，Class loader(類裝載)再把字節(jié)碼加載到內存中，將其放在運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內，而字節(jié)碼文件只是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器執(zhí)行引擎（Execution Engine），將字節(jié)碼翻譯成底層系統(tǒng)指令，再交由 CPU 去執(zhí)行，而這個過程中需要調用其他語言的本地庫接口（Native Interface）來實現(xiàn)整個程序的功能。

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5. 守護線程是什么？守護線程和非守護線程的區(qū)別是？守護線程的作用是？

「守護線程」是區(qū)別于用戶線程哈，「用戶線程」即我們手動創(chuàng)建的線程，而守護線程是程序運行的時候在后臺提供一種「通用服務的線程」。垃圾回收線程就是典型的守護線程。

「守護線程和非守護線程的區(qū)別是？」 我們通過例子來看吧~

????/**
??????*?關注公眾號：撿田螺的小男孩
??????*/
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????Thread?t1?=?new?Thread(()->?{
????????????????while?(true)?{
????????????????????try?{
????????????????????????Thread.sleep(1000);
????????????????????????System.out.println("我是子線程(用戶線程.I?am?running");
????????????????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????????????}
????????????????}
????????});
????????//標記為守護線程
????????t1.setDaemon(true);
????????//啟動線程
????????t1.start();

????????Thread.sleep(3000);
????????System.out.println("主線程執(zhí)行完畢...");
????}

運行結果：

可以發(fā)現(xiàn)標記為守護線程后，「主線程銷毀停止，守護線程一起銷毀」。我們再看下，去掉 t1.setDaemon(true)守護標記的效果：

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????Thread?t1?=?new?Thread(()->?{
????????????????while?(true)?{
????????????????????try?{
????????????????????????Thread.sleep(1000);
????????????????????????System.out.println("我是子線程(用戶線程.I?am?running");
????????????????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????????????}
????????????????}
????????});
????????//啟動線程
????????t1.start();

????????Thread.sleep(3000);
????????System.out.println("主線程執(zhí)行完畢...");
????}

所以，當主線程退出時，JVM 也跟著退出運行，守護線程同時也會被回收，即使是死循環(huán)。如果是用戶線程，它會一直停在死循環(huán)跑。這就是「守護線程和非守護線程的區(qū)別」啦。

守護線程擁有「自動結束自己生命周期的特性」，非守護線程卻沒有。如果垃圾回收線程是非守護線程，當JVM 要退出時，由于垃圾回收線程還在運行著，導致程序無法退出，這就很尷尬。這就是「為什么垃圾回收線程需要是守護線程啦」。

6.WeakHashMap了解過嘛？它是怎么工作的？

「WeakHashMap」 類似HashMap ，不同點在WeakHashMap的key是「弱引用」的key。

談到「弱引用」，在這里回顧下四種引用吧

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• 強引用：Object obj=new Object()這種，只要強引用關系還存在，垃圾收集器就永遠不會回收掉被引用的對象。
• 軟引用: 一般情況不會回收，如果內存不夠要溢出時才會進行回收
• 弱引用：當垃圾收集器開始工作，無論當前內存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關聯(lián)的對象。
• 虛引用：為一個對象設置虛引用的唯一目的只是為了能在這個對象被回收時收到一個系統(tǒng)的通知。

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正是因為WeakHashMap使用的是弱引用，「它的對象可能隨時被回收」。WeakHashMap 類的行為部分「取決于垃圾回收器的動作」,調用兩次size()方法返回不同值，調用兩次isEmpty()，一次返回true，一次返回false都是「可能的」。

WeakHashMap「工作原理」回答這兩點：

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1. WeakHashMap具有弱引用的特點：隨時被回收對象。
   
   
2. 發(fā)生GC時，WeakHashMap是如何將Entry移除的呢？

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WeakHashMap內部的Entry繼承了WeakReference，即弱引用，所以就具有了弱引用的特點，「隨時可能被回收」?？聪略创a哈：

????private?static?class?Entry?extends?WeakReference