2020程序員必看這份JVM大廠高頻面試題與知識點整合！

時間 2020-12-06

標籤 java 面試算法數組緩存 tomcat 安全性能優化數據結構併發欄目快樂工作简体版

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市面上各種 JVM 相關的資料雖多，可是明顯存在兩個極端：過於生澀難懂，或者流於某個技巧點而不繫統化。同時各大公司也都愈來愈重視推進和發展 JVM 相關技術，一線大廠技術面試如今 JVM 知識也是必考科目。java

在這個背景下，我全面梳理了系統化學習 JVM 的知識和經驗，包括 JVM 的技術和內存模型，JVM 參數和內置工具，GC 算法，GC 日誌、內存和線程等相關問題排查分析，以及常見的面試問題深度剖析等高級的進階方法與實戰，既知足你們快速系統化學習和全面掌握知識的需求，又兼顧你們的面試經驗輔導，須要的能夠點擊這裏！！！暗號博客園面試

JVM面試題

1. 內存模型以及分區，須要詳細到每一個區放什麼。

2. 堆裏面的分區：Eden，survival （from+ to），老年代，各自的特色。

3. 對象建立方法，對象的內存分配，對象的訪問定位。

4. GC 的兩種斷定方法：

5. SafePoint 是什麼

6. GC 的三種收集方法：標記清除、標記整理、複製算法的原理與特色，分別用在什麼地方，若是讓你優化收集方法，有什麼思路？

7. GC 收集器有哪些？CMS 收集器與 G1 收集器的特色。

8. Minor GC 與 Full GC 分別在何時發生？

9. 幾種經常使用的內存調試工具：jmap、jstack、jconsole、jhat

10. 類加載的幾個過程：

11. JVM 內存分哪幾個區，每一個區的做用是什麼?

12. 如和判斷一個對象是否存活?(或者 GC 對象的斷定方法)

13. 簡述 java 垃圾回收機制?

14. java 中垃圾收集的方法有哪些?

15. java 內存模型

16. java 類加載過程?

17. 簡述 java 類加載機制?

18. 類加載器雙親委派模型機制？

19. 什麼是類加載器，類加載器有哪些?

20. 簡述 java 內存分配與回收策率以及 Minor GC 和Major GC

21.怎麼獲取 Java 程序使用的內存？堆使用的百分比？

22.Java 中堆和棧有什麼區別？

23.描述一下 JVM 加載 Class 文件的原理機制?

24. 什麼是tomcat類加載機制？

25.Java 堆的結構是什麼樣子的？

26. 什麼是GC調優？

27. 簡述各個版本內存區域的變化？

28. Java 中會存在內存泄漏嗎，簡述一下？

29. 垃圾回收的優勢和原理，並考慮 2 種回收機制？基本原理是什麼？

30. 什麼是分佈式垃圾回收（DGC）？它是如何工做的？

31. 講講你理解的性能評價及測試指標？

32. 經常使用的性能優化方式有哪些？

32. 說說分佈式緩存和一致性哈希？

JVM知識點

JVM

(1) 基本概念：
JVM是可運行Java代碼的假想計算機，包括一套字節碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收，堆和一個存儲方法域。JVM是運行在操做系統之上的，它與硬件沒有直接的交互。
![在這裏插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201204160947865.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzM0NTA4NA==,size_16,color_FFFFFF,t_70)算法

(2) 運行過程：
咱們都知道Java源文件，經過編譯器，可以生產相應的.Class文件，也就是字節碼文件，而字節碼文件又經過Java虛擬機中的解釋器，編譯成特定機器上的機器碼。也就是以下：①Java源文件—->編譯器—->字節碼文件②字節碼文件—->JVM—->機器碼每一種平臺的解釋器是不一樣的，可是實現的虛擬機是相同的，這也就是Java爲何可以跨平臺的緣由了，當一個程序從開始運行，這時虛擬機就開始實例化了，多個程序啓動就會存在多個虛擬機實例。程序退出或者關閉，則虛擬機實例消亡，多個虛擬機實例之間數據不能共享。數組

**2.線程**
這裏所說的線程指程序執行過程當中的一個線程實體。JVM 容許一個應用併發執行多個線程。Hotspot JVM 中的Java 線程與原生操做系統線程有直接的映射關係。當線程本地存儲、緩衝區分配、同步對象、棧、程序計數器等準備好之後，就會建立一個操做系統原生線程。Java 線程結束，原生線程隨之被回收。操做系統負責調度全部線程，並把它們分配到任何可用的CPU 上。當原生線程初始化完畢，就會調用Java 線程的run() 方法。當線程結束時，會釋放原生線程和Java 線程的全部資源。緩存

HotspotJVM 後臺運行的系統線程主要有下面幾個：tomcat

虛擬機線程（VM thread）：這個線程等待JVM 到達安全點操做出現。這些操做必需要在獨立的線程裏執行，由於當堆修改沒法進行時，線程都須要JVM 位於安全點。這些操做的類型有：stop-the-world 垃圾回收、線程棧dump、線程暫停、線程偏向鎖（biased locking）解除。安全

週期性任務線程：這線程負責定時器事件（也就是中斷），用來調度週期性操做的執行。性能優化

GC 線程：這些線程支持JVM 中不一樣的垃圾回收活動。數據結構

編譯器線程：這些線程在運行時將字節碼動態編譯成本地平臺相關的機器碼。併發

信號分發線程：這個線程接收發送到JVM 的信號並調用適當的JVM 方法處理

3.JVM內存區域

JVM內存區域主要分爲線程私有區域【程序計數器、虛擬機棧、本地方法區】、線程共享區域【JAVA堆、方法區】、直接內存。線程私有數據區域生命週期與線程相同,

依賴用戶線程的啓動/結束而建立/銷燬(在HotspotVM內,每一個線程都與操做系統的本地線程直接映射,所以這部份內存區域的存/否跟隨本地線程的生/死對應)。

線程共享區域隨虛擬機的啓動/關閉而建立/銷燬。

直接內存並非JVM運行時數據區的一部分,但也會被頻繁的使用:在JDK 1.4引入的NIO提供了基於Channel與Buffer的IO方式,它可使用Native函數庫直接分配堆外內存,而後使用DirectByteBuffer對象做爲這塊內存的引用進行操做(詳見:Java I/O擴展),這樣就避免了在Java堆和Native堆中來回複製數據,所以在一些場景中能夠顯著提升性能。

3.程序計數器(線程私有)

一塊較小的內存空間,是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，每條線程都要有一個獨立的程序計數器，這類內存也稱爲「線程私有」的內存。正在執行java方法的話，計數器記錄的是虛擬機字節碼指令的地址（當前指令的地址）。若是仍是Native方法，則爲空。這個內存區域是惟一一個在虛擬機中沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。

4虛擬機棧(線程私有)

是描述java方法執行的內存模型，每一個法在執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。每個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

棧幀（Frame）是用來存儲數據和部分過程結果的數據結構，同時也被用來處理動態連接(Dynamic Linking)、方法返回值和異常分派（Dispatch Exception）。棧幀隨着方法調用而建立，隨着方法結束而銷燬——不管方法是正常完成仍是異常完成（拋出了在方法內未被捕獲的異常）都算做方法結束。

5.本地方法區(線程私有)

本地方法區和Java Stack做用相似,區別是虛擬機棧爲執行Java方法服務,而本地方法棧則爲Native方法服務,若是一個VM實現使用C-linkage模型來支持Native調用,那麼該棧將會是一個C棧，但HotSpot VM直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。

6.堆（Heap-線程共享)-運行時數據區

是被線程共享的一塊內存區域，建立的對象和數組都保存在Java堆內存中，也是垃圾收集器進行垃圾收集的最重要的內存區域。因爲現代VM採用分代收集算法,所以Java堆從GC的角度還能夠細分爲:新生代(Eden 區、From Survivor 區和To Survivor 區)和老年代。

7.方法區l永久代（線程共享)

即咱們常說的永久代(Permanent Generation)，用於存儲被JVM加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據. HotSpot VM把GC分代收集擴展至方法區,即便用Java堆的永久代來實現方法區，這樣HotSpot的垃圾收集器就能夠像管理Java堆同樣管理這部份內存，而沒必要爲方法區開發專門的內存管理器(永久帶的內存回收的主要目標是針對常量池的回收和類型的卸載,所以收益通常很小)。
運行時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量池
(Constant Pool Table)，用於存放編譯期生成的各類字面量和符號引用，這部份內容將在類加載後存放到方法區的運行時常量池中。Java 虛擬機對Class文件的每一部分(天然也包括常量池)的格式都有嚴格的規定，每個字節用於存儲哪一種數據都必須符合規範上的要求，這樣纔會被虛擬機承認、裝載和執行。

8.JVM運行時內存

Java堆從GC的角度還能夠細分爲:新生代(Eden區、From Survivor區和To Survivor區)和老年代。

2.3.1.新生代

是用來存放新生的對象。通常佔據堆的1/3空間。因爲頻繁建立對象，因此新生代會頻繁觸發MinorGC進行垃圾回收。新生代又分爲Eden區、ServivorFrom、ServivorTo三個區。

1.Eden區Java新對象的出生地（若是新建立的對象佔用內存很大，則直接分配到老年代）。當Eden區內存不夠的時候就會觸發MinorGC，對新生代區進行一次垃圾回收。

2.ServivorFrom上一次GC的倖存者，做爲這一次GC的被掃描者。

3.ServivorTo保留了一次MinorGC過程當中的倖存者。

4.MinorGC的過程（複製->清空->互換）MinorGC採用複製算法。

1: eden、servicorFrom複製到ServicorTo，年齡+1
首先，把Eden和ServivorFrom區域中存活的對象複製到ServicorTo區域(若是有對象的年齡以及達到了老年的標準，則賦值到老年代區)，同時把這些對象的年齡+1(若是ServicorTo不夠位置了就放到老年區);
2:清空eden、servicorFrom
而後，清空Eden和ServicorFrom 中的對象;
3: ServicorTo和 ServicorFrom互換
最後，ServicorTo和ServicorFrom互換，原ServicorTo成爲下一次GC時的ServicorFrom區。

9.老年代

主要存放應用程序中生命週期長的內存對象。
老年代的對象比較穩定，因此MajorGC 不會頻繁執行。在進行MajorGC前通常都先進行了一次 MinorGC，使得有新生代的對象晉身入老年代，致使空間不夠用時才觸發。當沒法找到足夠大的連續空間分配給新建立的較大對象時也會提早觸發一次MajorGC進行垃圾回收騰出空間。
MajorGC採用標記清除算法:首先掃描一次全部老年代，標記出存活的對象，而後回收沒有標記的對象。MajorGC的耗時比較長，由於要掃描再回收。MajorGC 會產生內存碎片，爲了減小內存損耗，咱們通常須要進行合併或者標記出來方便下次直接分配。當老年代也滿了裝不下的時候，就會拋出OOM (Out of Memory）異常。

10.永久代

指內存的永久保存區域，主要存放Class 和Meta(元數據）的信息,Class在被加載的時候被放入永久區域，它和和存放實例的區域不一樣,GC不會在主程序運行期對永久區域進行清理。因此這也致使了永久代的區域會隨着加載的Class的增多而脹滿，最終拋出OOM異常。

11.垃圾回收與算法

12．如何肯定垃圾

1.引用計數法
在Java 中，引用和對象是有關聯的。若是要操做對象則必須用引用進行。所以，很顯然一個簡單的辦法是經過引用計數來判斷一個對象是否能夠回收。簡單說，即一個對象若是沒有任何與之關聯的引用，即他們的引用計數都不爲О，則說明對象不太可能再被用到，那麼這個對象就是可回收對象。

2.可達性分析
爲了解決引用計數法的循環引用問題，Java 使用了可達性分析的方法。經過一系列的「GC roots"對象做爲起點搜索。若是在「GC roots」和一個對象之間沒有可達路徑，則稱該對象是不可達的。要注意的是，不可達對象不等價於可回收對象，不可達對象變爲可回收對象至少要通過兩次標記過程。兩次標記後仍然是可回收對象，則將面臨回收。