JVM常見面試題解析

前言

總結了JVM一些經典面試題，分享出我本身的解題思路，但願對你們有幫助，有哪裏你以爲不正確的話，歡迎指出，後續有空會更新。

1.什麼狀況下會發生棧內存溢出。

思路： 描述棧定義，再描述爲何會溢出，再說明一下相關配置參數，OK的話能夠給面試官手寫是一個棧溢出的demo。

個人答案：

• 棧是線程私有的，他的生命週期與線程相同，每一個方法在執行的時候都會建立一個棧幀，用來存儲局部變量表，操做數棧，動態連接，方法出口等信息。局部變量表又包含基本數據類型，對象引用類型
• 若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常，方法遞歸調用產生這種結果。
• 沒法申請到足夠的內存去完成拓展，或者在創建新線程的時候沒有足夠的內存去建立對應的虛擬機棧，那java虛擬機將會拋出一個OutOfMemoryError異常。(線程啓動過多)
• 參數 -Xss 去調整JVM棧的大小

2.詳解JVM內存模型

思路： 給面試官畫一下JVM內存模型圖，並描述每一個模塊的定義，做用，以及可能會存在的問題，如棧溢出等。

個人答案：

JVM內存結構

• 程序計數器：當前線程所執行的字節碼的行號指示器，用於記錄正在執行的虛擬機字節指令地址，線程私有。
• Java虛擬棧：存放基本數據類型、對象的引用、方法出口等，線程私有。
• Native方法棧：和虛擬棧類似，只不過它服務於Native方法，線程私有。
• Java堆：java內存最大的一塊，全部對象實例、數組都存放在java堆，GC回收的地方，線程共享。
• 方法區：存放已被加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼數據等。（即永久帶），回收目標主要是常量池的回收和類型的卸載，各線程共享

3.JVM內存爲何要分紅新生代，老年代，持久代。新生代中爲何要分爲Eden和Survivor。

思路： 先講一下JAVA堆，新生代的劃分，再談談它們之間的轉化，相互之間一些參數的配置（如：–XX:NewRatio，–XX:SurvivorRatio等），再解釋爲何要這樣劃分，最好加一點本身的理解。

個人答案：

1）共享內存區劃分

• 共享內存區 = 持久帶 + 堆
• 持久帶 = 方法區 + 其餘
• Java堆 = 老年代 + 新生代
• 新生代 = Eden + S0 + S1

2）一些參數的配置

• 默認的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值爲 1:2 ，能夠經過參數 –XX:NewRatio 配置。
• 默認的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 能夠經過參數 –XX:SurvivorRatio 來設定)
• Survivor區中的對象被複制次數爲15(對應虛擬機參數 -XX:+MaxTenuringThreshold)

3)爲何要分爲Eden和Survivor?爲何要設置兩個Survivor區？

• 若是沒有Survivor，Eden區每進行一次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Major GC.老年代的內存空間遠大於新生代，進行一次Full GC消耗的時間比Minor GC長得多,因此須要分爲Eden和Survivor。
• Survivor的存在乎義，就是減小被送到老年代的對象，進而減小Full GC的發生，Survivor的預篩選保證，只有經歷16次Minor GC還能在新生代中存活的對象，纔會被送到老年代。
• 設置兩個Survivor區最大的好處就是解決了碎片化，剛剛新建的對象在Eden中，經歷一次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區再滿了，就再觸發一次Minor GC，Eden和S0中的存活對象又會被複制送入第二塊survivor space S1（這個過程很是重要，由於這種複製算法保證了S1中來自S0和Eden兩部分的存活對象佔用連續的內存空間，避免了碎片化的發生）

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堆內存劃分，再解釋Minor GC，Major GC，full GC，描述它們之間轉化流程。

個人答案：

• Java堆 = 老年代 + 新生代
• 新生代 = Eden + S0 + S1
• 當 Eden 區的空間滿了， Java虛擬機會觸發一次 Minor GC，以收集新生代的垃圾，存活下來的對象，則會轉移到 Survivor區。
• 大對象（須要大量連續內存空間的Java對象，如那種很長的字符串）直接進入老年態；
• 若是對象在Eden出生，並通過第一次Minor GC後仍然存活，而且被Survivor容納的話，年齡設爲1，每熬過一次Minor GC，年齡+1，若年齡超過必定限制（15），則被晉升到老年態。即長期存活的對象進入老年態。
• 老年代滿了而沒法容納更多的對象，Minor GC 以後一般就會進行Full GC，Full GC 清理整個內存堆 – 包括年輕代和年老代。
• Major GC 發生在老年代的GC，清理老年區，常常會伴隨至少一次Minor GC，比Minor GC慢10倍以上。

5.你知道哪幾種垃圾收集器，各自的優缺點，重點講下cms和G1，包括原理，流程，優缺點。

思路： 必定要記住典型的垃圾收集器，尤爲cms和G1，它們的原理與區別，涉及的垃圾回收算法。

個人答案：

1）幾種垃圾收集器：

• Serial收集器：單線程的收集器，收集垃圾時，必須stop the world，使用複製算法。
• ParNew收集器：Serial收集器的多線程版本，也須要stop the world，複製算法。
• Parallel Scavenge收集器：新生代收集器，複製算法的收集器，併發的多線程收集器，目標是達到一個可控的吞吐量。若是虛擬機總共運行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，標記-整理算法。
• CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器：是一種以得到最短回收停頓時間爲目標的收集器，標記清除算法，運做過程：初始標記，併發標記，從新標記，併發清除，收集結束會產生大量空間碎片。
• G1收集器：標記整理算法實現，運做流程主要包括如下：初始標記，併發標記，最終標記，篩選標記。不會產生空間碎片，能夠精確地控制停頓。

2）CMS收集器和G1收集器的區別：

• CMS收集器是老年代的收集器，能夠配合新生代的Serial和ParNew收集器一塊兒使用；
• G1收集器收集範圍是老年代和新生代，不須要結合其餘收集器使用；
• CMS收集器以最小的停頓時間爲目標的收集器；
• G1收集器可預測垃圾回收的停頓時間
• CMS收集器是使用「標記-清除」算法進行的垃圾回收，容易產生內存碎片
• G1收集器使用的是「標記-整理」算法，進行了空間整合，下降了內存空間碎片。

6.JVM內存模型的相關知識瞭解多少，好比重排序，內存屏障，happen-before，主內存，工做內存。

思路： 先畫出Java內存模型圖，結合例子volatile ，說明什麼是重排序，內存屏障，最好能給面試官寫如下demo說明。

個人答案：

1）Java內存模型圖：

Java內存模型規定了全部的變量都存儲在主內存中，每條線程還有本身的工做內存，線程的工做內存中保存了該線程中是用到的變量的主內存副本拷貝，線程對變量的全部操做都必須在工做內存中進行，而不能直接讀寫主內存。不一樣的線程之間也沒法直接訪問對方工做內存中的變量，線程間變量的傳遞均須要本身的工做內存和主存之間進行數據同步進行。

2）指令重排序。

在這裏，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 + 「)」);
}

運行結果可能爲(1,0)、(0,1)或(1,1)，也多是(0,0)。由於，在實際運行時，代碼指令可能並非嚴格按照代碼語句順序執行的。大多數現代微處理器都會採用將指令亂序執行（out-of-order execution，簡稱OoOE或OOE）的方法，在條件容許的狀況下，直接運行當前有能力當即執行的後續指令，避開獲取下一條指令所需數據時形成的等待3。經過亂序執行的技術，處理器能夠大大提升執行效率。而這就是指令重排。

3）內存屏障

內存屏障，也叫內存柵欄，是一種CPU指令，用於控制特定條件下的重排序和內存可見性問題。

• LoadLoad屏障：對於這樣的語句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及後續讀取操做要讀取的數據被訪問前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢。
• StoreStore屏障：對於這樣的語句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及後續寫入操做執行前，保證Store1的寫入操做對其它處理器可見。
• LoadStore屏障：對於這樣的語句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及後續寫入操做被刷出前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢。
• StoreLoad屏障：對於這樣的語句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及後續全部讀取操做執行前，保證Store1的寫入對全部處理器可見。它的開銷是四種屏障中最大的。 在大多數處理器的實現中，這個屏障是個萬能屏障，兼具其它三種內存屏障的功能。

4）happen-before原則

• 單線程happen-before原則：在同一個線程中，書寫在前面的操做happen-before後面的操做。
• 鎖的happen-before原則：同一個鎖的unlock操做happen-before此鎖的lock操做。
• volatile的happen-before原則：對一個volatile變量的寫操做happen-before對此變量的任意操做(固然也包括寫操做了)。
• happen-before的傳遞性原則：若是A操做 happen-before B操做，B操做happen-before C操做，那麼A操做happen-before C操做。
• 線程啓動的happen-before原則：同一個線程的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方法的調用happen-before被中斷線程的檢測到中斷髮送的代碼。
• 線程終結的happen-before原則：線程中的全部操做都happen-before線程的終止檢測。
• 對象建立的happen-before原則：一個對象的初始化完成先於他的finalize方法調用。

7.簡單說說你瞭解的類加載器，能夠打破雙親委派麼，怎麼打破。

思路： 先說明一下什麼是類加載器，能夠給面試官畫個圖，再說一下類加載器存在的意義，說一下雙親委派模型，最後闡述怎麼打破雙親委派模型。

個人答案：

1) 什麼是類加載器？

類加載器 就是根據指定全限定名稱將class文件加載到JVM內存，轉爲Class對象。

• 啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：由C++語言實現（針對HotSpot）,負責將存放在<java_home style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit;">lib目錄或-Xbootclasspath參數指定的路徑中的類庫加載到內存中。</java_home>

其餘類加載器：由Java語言實現，繼承自抽象類ClassLoader。如：

• 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：負責加載<java_home style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit;">libext目錄或java.ext.dirs系統變量指定的路徑中的全部類庫。</java_home>
• 應用程序類加載器（Application ClassLoader）。負責加載用戶類路徑（classpath）上的指定類庫，咱們能夠直接使用這個類加載器。通常狀況，若是咱們沒有自定義類加載器默認就是用這個加載器。

2）雙親委派模型

雙親委派模型工做過程是：

若是一個類加載器收到類加載的請求，它首先不會本身去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器完成。每一個類加載器都是如此，只有當父加載器在本身的搜索範圍內找不到指定的類時（即ClassNotFoundException），子加載器纔會嘗試本身去加載。

雙親委派模型圖：

3）爲何須要雙親委派模型？

在這裏，先想一下，若是沒有雙親委派，那麼用戶是否是能夠本身定義一個java.lang.Object的同名類，java.lang.String的同名類，並把它放到ClassPath中,那麼類之間的比較結果及類的惟一性將沒法保證，所以，爲何須要雙親委派模型？防止內存中出現多份一樣的字節碼

4）怎麼打破雙親委派模型？

打破雙親委派機制則不只要繼承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

思路： 能夠說一下堆棧配置相關的，垃圾收集器相關的，還有一下輔助信息相關的。
個人答案：

1）堆棧配置相關

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

• -Xmx3550m：最大堆大小爲3550m。
• -Xms3550m：設置初始堆大小爲3550m。
• -Xmn2g：設置年輕代大小爲2g。
• -Xss128k：每一個線程的堆棧大小爲128k。
• -XX:MaxPermSize： 設置持久代大小爲16m
• -XX:NewRatio=4: 設置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代）。
• -XX:SurvivorRatio=4：設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值。設置爲4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值爲2:4，一個Survivor區佔整個年輕代的1/6
• -XX:MaxTenuringThreshold=0：設置垃圾最大年齡。若是設置爲0的話，則年輕代對象不通過Survivor區，直接進入年老代。

2）垃圾收集器相關

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

• -XX:+UseParallelGC：選擇垃圾收集器爲並行收集器。
• -XX:ParallelGCThreads=20：配置並行收集器的線程數
• -XX:+UseConcMarkSweepGC：設置年老代爲併發收集。
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：因爲併發收集器不對內存空間進行壓縮、整理，因此運行一段時間之後會產生「碎片」，使得運行效率下降。此值設置運行多少次GC之後對內存空間進行壓縮、整理。
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，可是能夠消除碎片

3）輔助信息相關

-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 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

9.怎麼打出線程棧信息。

思路： 能夠說一下jps，top ，jstack這幾個命令，再配合一次排查線上問題進行解答。

個人答案：

• 輸入jps，得到進程號。
• top -Hp pid 獲取本進程中全部線程的CPU耗時性能
• jstack pid命令查看當前java進程的堆棧狀態
• 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆棧信息打到一個txt文件。
• 可使用fastthread 堆棧定位，fastthread.io/

10.強引用、軟引用、弱引用、虛引用的區別？

思路： 先說一下四種引用的定義，能夠結合代碼講一下，也能夠擴展談到ThreadLocalMap裏弱引用用處。

個人答案：

1）強引用

咱們平時new了一個對象就是強引用，例如 Object obj = new Object();即便在內存不足的狀況下，JVM寧願拋出OutOfMemory錯誤也不會回收這種對象。

2）軟引用

若是一個對象只具備軟引用，則內存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；若是內存空間不足了，就會回收這些對象的內存。

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

用處：

軟引用在實際中有重要的應用，例如瀏覽器的後退按鈕。按後退時，這個後退時顯示的網頁內容是從新進行請求仍是從緩存中取出呢？這就要看具體的實現策略了。（1）若是一個網頁在瀏覽結束時就進行內容的回收，則按後退查看前面瀏覽過的頁面時，須要從新構建（2）若是將瀏覽過的網頁存儲到內存中會形成內存的大量浪費，甚至會形成內存溢出
以下代碼：

Browser prev = new Browser();               // 獲取頁面進行瀏覽
SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 瀏覽完畢後置爲軟引用        
if(sr.get()!=null){ 
    rev = (Browser) sr.get();           // 尚未被回收器回收，直接獲取
}else{
    prev = new Browser();               // 因爲內存吃緊，因此對軟引用的對象回收了
    sr = new SoftReference(prev);       // 從新構建
}

3）弱引用

具備弱引用的對象擁有更短暫的生命週期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內存區域的過程當中，一旦發現了只具備弱引用的對象，無論當前內存空間足夠與否，都會回收它的內存。

String str=new String("abc");    
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);
str=null;

等價於

str = null;
System.gc();

4）虛引用

若是一個對象僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用同樣，在任什麼時候候均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。

參考與感謝

• 爲何新生代內存須要有兩個Survivor區
• JVM內存模型、指令重排、內存屏障概念解析
• java 8大happen-before原則超全面詳解
• JVM參數配置大全
• Java 的強引用、弱引用、軟引用、虛引用
• 《深刻理解Java虛擬機》

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