java面试题之JVM进阶

1. JVM垃圾回收的时候如何确定垃圾？是否知道什么是GC Roots?

垃圾：内存中已经不再被使用到的空间(对象)
判断方法：

• 引用计数法（计数器为0的对象就是不再被引用的，可回收；无法解决循环依赖问题）
• 枚举根节点做可达性分析（根搜索路径）：通过一系列名为“GC Roots”的对象作为起始点，也就是从GC Roots的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明对象不可达。给定一个即可的引用作为根节点出发，通过引用关系遍历对象图，能被遍历到的对象就判定为存活，没有遍历到的对象判定为死亡

GC Roots：tracing GC的根集合，一组必须活跃的引用

哪些可以作为GC Roots的对象：

• 虚拟机栈中引用的对象：栈中的局部变量，也叫作局部变量表
• 方法区中的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Native中引用的对象

2. JVM调优和参数设置

JVM的参数类型：

• 标配参数：java -version java -help java -showversion java -c xxx.class -> xxx.txt 进行反汇编（得到JVM执行的class文件）
• X参数：-Xint 解释执行 -Xcomp 第一次使用就编译成本地代码 -Xmixed 混合模式
• XX参数：
  • 布尔类型：-XX：+或者-某个属性值， + 表示开启，- 表示关闭。如==-XX:+PrintGCDetails==：打开详细的GC处理日志
  • KV设置类型：-XX：属性key=属性值value 如：-XX：MetaspaceSize=128m -XX：MaxTenuringThreshold=15
  • jinfo：使用jps -l查看对应线程的id，查看某一个JVM属性的具体值，jinfo -flag PrintGCDetails 线程id

使用jinfo -flags 线程id查看所有的默认JVM参数初始值以及修改的配置值
-Xms：等同于==-XX：InitialHeapSize== ，初始堆内存，设置初始分配大小，默认为物理内存的1/64
-Xmx：等同于==-XX：MaxHeapSize==，最大堆内存，最大分配内存，默认为物理内存的1/4

查看JVM的默认值

• java -XX：+PrintFlagsinitial 查看JVM初始化的参数默认值
• java -XX：+PrintFlagsFinal 主要查看修改更新的内容 :=表示修改的值 =表示JVM默认加载
• java -XX：+PrintFlagsFinal -version
  
• PrintFlagsFinal举例，运行java命令的同时打印出参数：java -XX：+PrintFlagsFinal -XX：MetaSpaceSize512m 运行的类名称
• java -XX：+PrintCommandLineFlags （可查看默认的垃圾回收器）
  

---

1. 调优诊断工具：Arthas
   直接在github上下载：wget http://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
   使用java -jar arthas-boot.jar运行，可以监控所有JVM进程
2. 能否进行JVM调优，使得在老年代的Full GC不会频繁的发生？
3. 内存太大使得GC停顿时间太长，控制Full GC的频率关键在于太多数对象生命周期不会太长，不能有成批量的对象在老年代进行GC
4. 什么情况下需要进行JVM调优：
   • Heap内存持续上涨到设置的最大内存值
   • Full GC次数频繁
   • GC停顿时间过长
   • 出现OOM
   • 系统吞吐量与响应性能下降
5. MinorGC尽可能多的收集垃圾对象，降低Full GC的发生频率，Full GC是导致延迟低和吞吐量的最大原因
6. 堆大小的调整，从Minor GC持续时间，Minor GC的次数，Full GC的最大持续时间和频率几个角度出发
7. 吞吐量优先的GC收集器：-XX:+UseParallelGC -XX:UseParallelOldGC
8. 响应时间的GC收集器：CMS或者G1

3. JVM常用配置参数

元空间与永久代的区别：
java8以后，永久代已经被移除，使用元空间替代。
最大区别在于：永久代使用的是JVM的堆内存，元空间使用的是本机物理内存。因此元空间仅仅受本地内存限制

---

• -Xms
• -Xmx
• -Xss：-XX：ThreadStackSize 设置单个线程的大小（栈空间），一般默认为512K-1024K（初始值为0则表示使用默认值1024KB）
• -Xmn： 设置年轻代大小
• -XX：MetaSpaceSize 设置元空间大小
• -XX：+PrintGCDetails：打开详细的GC处理日志
• -XX：SurvivorRatio：设置新生代Eden区和Survivor From/To区的比例 默认为8:1:1 设置-XX:SurvivorRatio=4则Eden：From：To = 4:1:1
• -XX：NewRatio：配置老年代和年轻代在堆中的比例 默认为2:1 设置-XX：NewRatio=4 则New：Old = 1:4
• -XX：MaxTenuringThreshold：设置垃圾的年龄 如果设置为0，则年轻代的对象不经过Survivor区，直接进入老年代，对于老年代较多的应用，可以提高效率；如果将值设置较大，则年轻代对象在Survivor区进行多次复制，增加对象在年轻代的存活时间（该值默认为0-15）

设置参数案例：

-XX:SurvivorRatio=4 -XX:MetaspaceSize=512m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseSerialGC

4. 谈谈关于OOM的认识

• java.lang.StackOverFlowError：一直递归调用方法，栈溢出错误

• java.lang.OutOfMemoryError：java heap space ：创建对象太多，java堆内存溢出

• java.lang.OutOfMemoryError：GC overhead limit exceed：GC回收时间过长，超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存

• java.lang.OutOfMemoryError：Direct buffer memory：写NIO程序经常使用ByteBuffer来读取或者写数据，一种基于通常channel和缓冲区Buffer的IO方式，可以使用Native函数库直接分配堆外内存，通过一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，可以在一些场景中显著提高性能，因为避免了java堆和Native堆中来回复制数据。如果不断的分配本地内存，堆内存很少使用，JVM不需要执行GC，DirectByteBuffer对象就不会被回收；而堆内存充足，单本地内存已经使用完了，再次尝试分配本地内存会出现OOM

• java.lang.OutOfMemoryError：unable to create new native thread：高并发请求服务器时，经常出现该异常。
  原因：

  • 应用创建了太多线程，一个应用进程创建多个线程，超过系统承载极限
  • 服务器并不允许你的应用程序创建这么多线程，Linux系统默认允许单个进程可以创建的线程数为1024个，一旦超过这个数量，直接报该错误

  解决：

  • 降低应用程序创建线程的数量，分析应用程序是否真的需要创建这么多线程，修改代码
  • 对于有的应用确实需要创建许多线程，可通过修改Linux服务器配置，扩大默认限制

• java.lang.OutOfMemoryError：Metaspace：元空间内存溢出，而元空间存放的信息有

  • 虚拟机加载的类信息
  • 常量池（运行时常量池在方法区中，字符串常量池在堆中）
  • 静态变量
  • 即时编译的代码
    当不断生成类往元空间送，类占据的空间总是会超过MetaspaceSize

5. GC垃圾回收算法和垃圾收集器

• 回收算法：

  • 复制
  • 标记清除
  • 标记压缩（整理）
  • 分代收集

• 垃圾回收器（回收算法的实现）：

  • Serial：串行GC，为单线程环境设计且只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程
  • ParNew：并行GC（多线程），复制算法，搭配CMS
  • ParallelOld：并行GC（多线程），复制算法，老年代收集器
  • SerialOld：是Serial收集器的老年代版本，串行GC（单线程），“标记-整理”
  • Parallel：多个垃圾收集器并行工作，用户线程是暂停的，适用于科学计算和大数据计算
  • CMS：Concurrent Mark Sweep并发标记GC（多线程），用户线程和垃圾收集线程同时执行（可能交替执行），不需要暂停用户线程，适用于对响应时间有要求的场景
  • G1：全区域（整个堆）的垃圾回收器Garbage First，将堆内存分割成不同的区域然后并发的执行垃圾回收

6. 查看服务器默认的垃圾回收器，如何配置垃圾回收器以及对垃圾回收的理解

java -XX：+PrintCommandLineFlags -version 查看JVM默认参数配置

或者使用jinfo -flags 线程id

在VM options中修改GC回收器：

-XX:+UseParallelGC

-XX:+UseCMSGC

-XX:+UseSerialGC

-XX:+UseG1GC

---

7大垃圾回收器分类以及理解

Young Generation	Old Generation
Serial	Serial MSC（Serial Old）
Parallel Scavenge	Parallel Compacting（Parallel Old）
ParNew	CMS

另外，G1 GC在Young和Old区都能用

• SerialGC：为单线程环境设计且只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程，只使用一个线程进行垃圾回收可能产生较长的等待（Stop-The-World，STW），是JVM在Client模式下默认的新生代垃圾回收器。

  对应的参数为 -XX:+UseSerialGC，开启后会使用：Serial（Young）+ SerialOld（Old）的收集器组合，新生代使用复制算法，老年代使用标记整理压缩算法

• ParNewGC：使用多线程进行垃圾回收，在垃圾收集时，会STW暂停其他所有工作线程直到收集结束。

  对应的参数为：-XX:+UseParNewGC，开启后会使用：ParNewGC（New区）+ SerialOld（Old区）的收集器组合（过时），只影响新生代的收集，不影响老年代，新生代使用复制算法，老年代使用标记整理压缩算法

• Parallel Scavenge：默认的回收器ParallelGC，ParallelGC（New区）+ ParallelOld（Old区）的组合，并行的多线程垃圾收集器，也叫吞吐量优先收集器。与ParNew的区别在于存在自适应调整策略，动态调整最合适的停顿时间

• Parallel Old：Parallel Scavenge的老年代版本，使用多线程的标记整理，可触发新生代的ParallelScavenge收集器

• CMS：并发标记清除，是一种获取最短的回收停顿时间为目标的收集器，并发收集停顿低，与用户线程一起执行

  对应参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC，开启后会使用：ParNewGC（New区）+ CMS（Old区）+ SerialOld的收集器组合，SerialOld作为CMS出错的后备收集器。CMS的过程：

  • 初始标记Initial Mark（STW）
  • 并发标记Concurrent Mark（并发）
  • 重新标记Remark（STW）
  • 并发清除Concurrent Sweep（并发）

  优缺点：并发收集停顿低；并发执行对CPU资源压力大，采用的标记清除算法会导致大量碎片

• SerialOld：Serial收集器的老年代版本，使用标记整理，作为CMS的后备收集器。对应参数：-XX:+UseSerialOldGC（过时）

---

GC日志信息的参数说明：

• DefNew：Default New Generation
• Tenured：Old
• ParNew：Parallel New Generation
• PSYoungGen：Parallel Scavenge
• ParOldGen：Parallel Old Generation

JVM中的Server和Client模式是什么？

32位OS，无论硬件如何都默认使用Client的JVM模式；64位OS，默认使用Server的JVM模式

---

如何选择7大垃圾回收器(从吞吐量，延迟，内存中选择两个设计)

• 单CPU或者小内存，单机程序使用-XX:+UseSerialGC
• 多CPU，需要大吞吐量，使用-XX:+UseParallelGC或者-XX:+UseParallelOldGC
• 多CPU，追求低停顿时间，快速响应，使用-XX:+UseConcMarkSweepGC或者-XX:+UseParNewGC

参数	新生代收集器你	新生代算法	老年代收集器	老年代算法
-XX:+UseSerialGC	SerialGC	复制	SerialOldGC	标记整理
-XX:+UseParNewGC	ParNew	复制	SerialOldGC	标记整理
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC	Parallel [Scavenge]	复制	Parallel Old	标记整理
-XX:+UseConcMarkSweepGC	ParNew	复制	CMS+SerialOld	标记清除
-XX:+UseG1GC	G1整体采用标记整理	局部是通过复制，不产生内存碎片

7. G1垃圾回收器

• 以前收集器的特点：
  • 年轻代和老年代都是各自独立且连续的内存块
  • 年轻代Eden+From+To进行复制算法
  • 老年代收集必须扫描整个区域
  • 尽可能少且快速的执行GC为设计原则
• G1：Garbage First 面向服务端应用的收集器

G1的STW可控，在停顿时间STW上添加了预测机制，可以指定期望停顿时间。解决内存碎片问题，又保留了CMS垃圾收集器低暂停时间的优点。对于Java heap的改变为：不再区分老年代和新生代，宏观上将整个内存划分成多个独立的区域

• 回收步骤：
  • 初始标记
  • 并发标记
  • 最终标记
  • 筛选回收
• 参数设置：
  • -XX：+UseG1GC
  • -XX：MaxGCPauseMills = 100 最大停顿时间为100ms
  • -Xmx32g 设置最大内存
• 相比CMS的优势：
  • G1不会产生内存碎片
  • 可以较为精确的控制停顿时间