JVM 常见面试题汇总(Java8)
JVM 常见面试题汇总(Java8)
文章目录
- JVM 常见面试题汇总(Java8)
- 前言
- 1.JVM 有哪些内存区域？（JVM 的内存布局是什么？）
- 2.Java 的内存模型是什么？（JMM 是什么？）
- 3.JVM 垃圾回收时如何确定垃圾？什么是 GC Roots？
- 4.能够找到 Reference Chain 的对象，就一定会存活么？
- 5.强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么？
- 6.你说你做过 JVM 参数调优和参数配置，请问如何查看 JVM 系统默认值
- 7.你平时工作中用过的 JVM 常用基本配置参数有哪些？
- 8.请你谈谈对 OOM 的认识
- 9.你都有哪些手段用来排查内存溢出？
- 10.GC 垃圾回收算法与垃圾收集器的关系？
- 11.假如生产环境 CPU 占用过高，请谈谈你的分析思路和定位。
- 12.对于 JDK 自带的监控和性能分析工具用过哪些？
- 13.栈帧都有哪些数据？
- 14.JIT 是什么？
- 15.Java 的双亲委托（委派）机制是什么？
- 16.有哪些打破了双亲委托机制的案例？
- 17.简单描述一下（分代）垃圾回收的过程
- 18.CMS 分为哪几个阶段?
- 19.CMS 都有哪些问题？
- 20.你使用过 G1 垃圾回收器的哪几个重要参数？
- 21.safepoint 是什么？
- 22.GC 日志的 real、user、sys 是什么意思？
- 23.什么情况会造成元空间溢出？
- 24.什么时候会造成堆外内存溢出？
- 25.SWAP 会影响性能么？
- 26.有什么堆外内存的排查思路？
- 27.怎么看死锁的线程？
- 28.如何写一段简单的死锁代码？
- 29.invokedynamic 指令是干什么的？
- 30.volatile 关键字的原理是什么？有什么作用？
- 31.什么是方法内联？
- 32.对象是怎么从年轻代进入老年代的？
- 33.什么情况下会发生栈溢出？
- 34.类加载有几个过程？
- 35.MinorGC、MajorGC、FullGC 都什么时候发生？
- 36.对象在哪里分配？
- 37.CMS 是老年代垃圾回收器？
- 38.常量池问题
- 39.ZGC 支持的堆上限？
- 参考
前言
本文整理了一些常见的 JVM 相关的面试题，其实很多面试题也没有标准答案，我们只需要在回答的过程中尽量展示自己熟悉的部分即可，如果想深入了解其中的知识点，对应的题目答案中会有相应的文章链接。
- 以下内容大部分都是基于
Java8，一小部分《深入理解 Java 虚拟机》相关的内容是基于Java7 - 题目和对应的文章持续整理中…
如有错误欢迎指正；如果涉及侵权，立即删除和撤回相关内容。
1.JVM 有哪些内存区域？（JVM 的内存布局是什么？）
相关文章：
- 《大厂面试必考-JVM 内存管理 Java8》
- 《JVM-运行时数据区》 - Java7《深入理解 Java 虚拟机》 -周志明
Java8 内存区域划分图：
本题可以从以下两个角度来进行回答
第一 JVM 规范角度
JVM 规范《The Java Virtual Machine Specification, Java SE 8 Edition》2.5 Run-Time Data Areas
中描述的运行时数据区分为 6 个区域
- 程序计数器（The pc Register）
- 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
- 堆（Heap）
- 方法区（Method Area）
- 运行时常量池（Run-Time Constant Pool）
- 本地方法栈（Native Method Stacks）
第二具体虚拟机实现角度
Java 8 内存区域划分大致分为 6 个区域：
- 线程私有的三个区域，分别是虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器
- 本地内存（或者说非堆）包含元数据区和直接内存
- 其中元数据区又包含方法区和运行时常量池
- 最后是堆（Heap）区，它是 JVM 上最大的内存区域
2.Java 的内存模型是什么？（JMM 是什么？）
相关文章：
- 《深入理解 Java 虚拟机》 -周志明 12.3 Java 内存模型
- 《Java并发编程|第五篇：可见性，java内存模型》 第三节 3.JMM（java内存模型）
JMM 的意思是 Java Memory Model，JVM 试图定义一种统一的内存模型，能将各种底层硬件以及操作系统的内存访问差异进行封装，使 Java 程序在不同硬件以及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存，线程无法对主存储器直接进行操作，如果一个线程要和另外一个线程通信，那么只能通过主存进行交换，如下图所示。
3.JVM 垃圾回收时如何确定垃圾？什么是 GC Roots？
相关文章：
- 《JVM-内存回收原理分析》 - 《深入理解 Java 虚拟机》 - 周志明
JVM 采用的是可达性分析算法。JVM 是通过 GC Roots 来判定对象存活的，从 GC Roots 向下追溯、搜索，会产生一个叫做 Reference Chain 的链条。当一个对象不能和任何一个 GC Root 产生关系时，就判定为垃圾，如下图所示。
Java中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
- 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中 JNI 引用的对象
4.能够找到 Reference Chain 的对象，就一定会存活么？
不一定，还要看 Reference 类型，弱引用在 GC 时会被回收，软引用在内存不足的时候会被回收，但如果没有 Reference Chain 对象时，就一定会被回收。
5.强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么？
相关文章：
- 《java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用以及应用》
普通的对象引用关系就是强引用，比如：Object obj = new Object() 。
软引用用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
弱引用对象相比软引用来说，要更加无用一些，它拥有更短的生命周期，当 JVM 进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。
虚引用是一种形同虚设的引用，在现实场景中用的不是很多，它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。
6.你说你做过 JVM 参数调优和参数配置，请问如何查看 JVM 系统默认值
文章后续补充
使用 -XX:+PrintFlagsFinal 参数可以看到参数的默认值，这个默认值还和垃圾回收器有关，比如 UseAdaptiveSizePolicy。
7.你平时工作中用过的 JVM 常用基本配置参数有哪些？
文章后续补充
主要有 Xmx、Xms、Xmn、MetaspaceSize 等。
一般能回答下面几个就可以了
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-XX:+UseG1GC：用于指定 JVM 使用的垃圾回收器为 G1，尽量不要靠默认值去保证，要显式的指定一个。
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-Xmx：设置堆的最大值，一般为操作系统的 2/3 大小。
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-Xms：设置堆的初始值，一般设置成和 Xmx 一样的大小来避免动态扩容。
-
-Xmn：表示年轻代的大小，默认新生代占堆大小的 1/3。高并发、对象快消亡场景可适当加大这个区域，对半，或者更多，都是可以的。但是在 G1 下，就不用再设置这个值了，它会自动调整。
-
-XX:MaxMetaspaceSize：用于限制元空间的大小，一般 256M 足够了，这一般和初始大小 -XX:MetaspaceSize 设置成一样的。
-
-Xss：用于设置栈的大小，默认为 1M，已经足够用了。
8.请你谈谈对 OOM 的认识
OOM 是非常严重的问题，除了程序计数器，其他内存区域都有溢出的风险。和我们平常工作最密切的，就是堆溢出，另外，元空间在加载的类非常多的情况下也会溢出，还有就是栈溢出，这个通常影响比较小。堆外也有溢出的可能，这个就比较难排查了。
9.你都有哪些手段用来排查内存溢出？
这个话题很大，可以从实践环节中随便摘一个进行总结，下面举一个最普通的例子。
内存溢出包含很多种情况，我在平常工作中遇到最多的就是堆溢出。有一次线上遇到故障，重新启动后，使用 jstat 命令，发现 Old 区一直在增长。我使用 jmap 命令，导出了一份线上堆栈，然后使用 MAT 进行分析，通过对 GC Roots 的分析，发现了一个非常大的 HashMap 对象，这个原本是其他同事做缓存用的，但是一个无界缓存，造成了堆内存占用一直上升，后来，将这个缓存改成 guava 的 Cache，并设置了弱引用，故障就消失了。
10.GC 垃圾回收算法与垃圾收集器的关系？
相关文章：
- 《JVM-垃圾收集算法》- 《深入理解 Java 虚拟机》 - 周志明
- 《JVM-垃圾收集器》- 《深入理解 Java 虚拟机》 - 周志明
常用的垃圾回收算法有标记清除、标记整理、复制算法等，引用计数器也算是一种，但垃圾回收器不使用这种算法，因为有循环依赖的问题。
很多垃圾回收器都是分代回收的：
-
对于年轻代，主要有 Serial、ParNew 等垃圾回收器，回收过程主要使用复制算法；
-
老年代的回收算法有 Serial、CMS 等，主要使用标记清除、标记整理算法等。
需要注意的是
-
CMS 也会回收新生代的对象，但是 CMS 主要是回收老年代。
-
G1 也有年轻代和老年代的概念，不过它是一个整堆回收器，它的回收对象是小堆区 。
11.假如生产环境 CPU 占用过高，请谈谈你的分析思路和定位。
- top
- top -Hp $pid
- printf %x $tid
- jstack $pid > $pid.log
- less $pid.log
首先，使用 top -H 命令获取占用 CPU 最高的线程，并将它转化为十六进制。
然后，使用 jstack 命令获取应用的栈信息，搜索这个十六进制，这样就能够方便地找到引起 CPU 占用过高的具体原因。
每个线程的栈信息后面都有一个十六进制的数
12.对于 JDK 自带的监控和性能分析工具用过哪些？
相关文章：
- 《JVM-监控命令及工具》- 《深入理解 Java 虚拟机》 - 周志明
-
jps：用来显示 Java 进程；
-
jstat：用来查看 GC；
-
jmap：用来 dump 堆；
-
jstack：用来 dump 栈；
-
jhsdb：用来查看执行中的内存信息。
13.栈帧都有哪些数据？
栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。
14.JIT 是什么？
为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化，完成这个任务的编译器，就称为即时编译器（Just In Time Compiler），简称 JIT 编译器。
15.Java 的双亲委托（委派）机制是什么？
相关文章：
- 《JVM-类加载器》- 《深入理解 Java 虚拟机》 - 周志明
双亲委派的意思是，除了顶层的启动类加载器以外，其余的类加载器，在加载之前，都会委派给它的父加载器进行加载，这样一层层向上传递，直到祖先们都无法胜任，它才会真正的加载，Java 默认是这种行为。
16.有哪些打破了双亲委托机制的案例？
-
Tomcat 可以加载自己目录下的 class 文件，并不会传递给父类的加载器；
-
Java 的 SPI，发起者是 BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader 已经是最上层了，它直接获取了 AppClassLoader 进行驱动加载，和双亲委派是相反的。
17.简单描述一下（分代）垃圾回收的过程
相关文章：
- 《JVM-内存分配与回收策略》 文章中的部分内容
分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。
新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1。
当年轻代中的 Eden 区分配满的时候，就会触发年轻代的 GC（Minor GC），具体过程如下：
在 Eden 区执行了第一次 GC 之后，存活的对象会被移动到其中一个 Survivor 分区（以下简称 from）；
Eden 区再次 GC，这时会采用复制算法，将 Eden 和 from 区一起清理，存活的对象会被复制到 to 区，接下来，只要清空 from 区就可以了。
18.CMS 分为哪几个阶段?
相关文章：
《JVM-垃圾收集器》
-
初始标记
-
并发标记
-
并发预清理（可选）
-
并发可取消的预清理（可选）
-
重新标记
-
并发清理
由于《深入理解 Java 虚拟机》一书的流行，面试时省略并发预清理、并发可取消的预清理这两个阶段，一般也是没问题的。
19.CMS 都有哪些问题？
-
内存碎片问题，Full GC 的整理阶段，会造成较长时间的停顿；
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需要预留空间，用来分配收集阶段产生的“浮动垃圾”；
-
使用更多的 CPU 资源，在应用运行的同时进行堆扫描；
-
停顿时间是不可预期的。
20.你使用过 G1 垃圾回收器的哪几个重要参数？
最重要的是 MaxGCPauseMillis，可以通过它设定 G1 的目标停顿时间，它会尽量去达成这个目标。G1HeapRegionSize 可以设置小堆区的大小，一般是 2 的次幂。InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发 GC 时的堆内存占用百分比，G1 用它来触发并发 GC 周期，基于整个堆的使用率，而不只是某一代内存的使用比例，默认是 45%。
21.safepoint 是什么？
相关的文章《深入理解 Java 虚拟机》第二部分 自动内存管理机制
- 3.4.1 枚举根节点
- 3.4.2 安全点（safepoint）
- 3.4.3 安全区域（Safe Region）
当发生 GC 时，用户线程必须全部停下来，才可以进行垃圾回收，这个状态我们可以认为 JVM 是安全的（safe），整个堆的状态是稳定的。
如果在 GC 前，有线程迟迟进入不了 safepoint，那么整个 JVM 都在等待这个阻塞的线程，造成了整体 GC 的时间变长。
22.GC 日志的 real、user、sys 是什么意思？
real 指的是从开始到结束所花费的时间，比如进程在等待 I/O 完成，这个阻塞时间也会被计算在内。
user 指的是进程在用户态（User Mode）所花费的时间，只统计本进程所使用的时间，是指多核。
sys 指的是进程在核心态（Kernel Mode）所花费的 CPU 时间量，即内核中的系统调用所花费的时间，只统计本进程所使用的时间。
23.什么情况会造成元空间溢出？
元空间默认是没有上限的，不加限制比较危险。当应用中的 Java 类过多时，比如 Spring 等一些使用动态代理的框架生成了很多类，如果占用空间超出了我们的设定值，就会发生元空间溢出。
24.什么时候会造成堆外内存溢出？
使用了 Unsafe 类申请内存，或者使用了 JNI 对内存进行操作，这部分内存是不受 JVM 控制的，不加限制使用的话，会很容易发生内存溢出。
25.SWAP 会影响性能么？
当操作系统内存不足时，会将部分数据写入到 SWAP ，但是 SWAP 的性能是比较低的。如果应用的访问量较大，需要频繁申请和销毁内存，那么很容易发生卡顿。一般在高并发场景下，会禁用 SWAP。
26.有什么堆外内存的排查思路？
进程占用的内存，可以使用 top 命令，看 RES 段占用的值，如果这个值大大超出我们设定的最大堆内存，则证明堆外内存占用了很大的区域。
使用 gdb 命令可以将物理内存 dump 下来，通常能看到里面的内容。更加复杂的分析可以使用 Perf 工具，或者谷歌开源的 GPerftools。那些申请内存最多的 native 函数，就很容易找到。
HashMap 中的 key，可以是普通对象么？有什么需要注意的地方？
Map 的 key 和 value 可以是任何类型，但要注意的是，一定要重写它的 equals 和 hashCode 方法，否则容易发生内存泄漏。
27.怎么看死锁的线程？
通过 jstack 命令，可以获得线程的栈信息，死锁信息会在非常明显的位置（一般是最后）进行提示。
28.如何写一段简单的死锁代码？
《Java面试题：写一个必然死锁的例子》
29.invokedynamic 指令是干什么的？
invokedynamic 是 Java 7 版本之后新加入的字节码指令，使用它可以实现一些动态类型语言的功能。我们使用的 Lambda 表达式，在字节码上就是 invokedynamic 指令实现的，它的功能有点类似反射，但它是使用方法句柄实现的，执行效率更高。
30.volatile 关键字的原理是什么？有什么作用？
相关文章：
- 《Java并发编程|第五篇：可见性，java内存模型》
原理：
- JMM层面的内存屏障，当变量加上
volatile关键字之后，jdk源码中会对变量做判断，如果变量带有volatile关键字，在最后会加上一个storeload的全屏障，保证变量的store写操作，对其他线程load读操作时可见的 - 也可以讲讲 happens-before八大原则
使用了 volatile 关键字的变量，每当变量的值有变动的时候，都会将更改立即同步到主内存中；而如果某个线程想要使用这个变量，就先要从主存中刷新到工作内存，这样就确保了变量的可见性。
31.什么是方法内联？
为了减少方法调用的开销，可以把一些短小的方法，比如 getter/setter，纳入到目标方法的调用范围之内，这样就少了一次方法调用，速度就能得到提升，这就是方法内联的概念。
32.对象是怎么从年轻代进入老年代的？
在下面 4 种情况下，对象会从年轻代进入到老年代。
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如果对象够老，则会通过提升（Promotion）的方式进入老年代，一般根据对象的年龄进行判断。
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动态对象年龄判定，有的垃圾回收算法，比如 G1，并不要求 age 必须达到 15 才能晋升到老年代，它会使用一些动态的计算方法。
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分配担保，当 Survivor 空间不够的时候，则需要依赖其他内存（指老年代）进行分配担保，这个时候，对象也会直接在老年代上分配。
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超出某个大小的对象将直接在老年代上分配，不过这个值默认为 0，意思是全部首选 Eden 区进行分配。
33.什么情况下会发生栈溢出？
栈的大小可以通过 -Xss 参数进行设置，当递归层次太深的时候，则会发生栈溢出。
34.类加载有几个过程？
加载、验证、准备、解析、初始化。
35.MinorGC、MajorGC、FullGC 都什么时候发生？
MinorGC 在年轻代空间不足的时候发生，MajorGC 指的是老年代的 GC，出现 MajorGC 一般经常伴有 MinorGC。
FullGC 有三种情况：第一，当老年代无法再分配内存的时候；第二，元空间不足的时候；第三，显示调用 System.gc 的时候。另外，像 CMS 一类的垃圾回收器，在 MinorGC 出现 promotion failure 的时候也会发生 FullGC。
36.对象在哪里分配？
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数组和对象是堆上分配
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基本类型在栈上分配
-
由于 JIT 的存在，如果发现某些对象没有逃逸出方法，那么就有可能被优化成了栈上分配
37.CMS 是老年代垃圾回收器？
初步印象是，但实际上不是。根据 CMS 的各个收集过程，它其实是一个涉及年轻代和老年代的综合性垃圾回收器。在很多文章和书籍的划分中，都将 CMS 划分为了老年代垃圾回收器，加上它主要作用于老年代，所以一般误认为是。
CMS 提供了参数 CMSScavengeBeforeRemark，可以在进入重新标记之前强制进行一次 Minor GC（年轻代GC）。
CMS 在年轻代使用复制算法，而对老年代使用标记-清除算法。
看面试情况，不用太较真。
38.常量池问题
JVM 中有多个常量池：
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字符串常量池，存放在堆上，也就是执行 intern 方法后存的地方，class 文件的静态常量池，如果是字符串，则也会被装到字符串常量池中。
-
运行时常量池，存放在方法区，属于元空间，是类加载后的一些存储区域，大多数是类中 constant_pool 的内容。
-
类文件常量池，也就是 constant_pool，这个是概念性的，并没有什么实际存储区域。
39.ZGC 支持的堆上限？
Java 13 增加到 16TB，Java 11 还是 4 TB，技术在发展，请保持关注。
参考
- 《深入浅出 Java 虚拟机》- 李国
- 《深入理解 Java 虚拟机》- 第二版 周志明