【百面成神】JVM基础12问，你能坚持到第几问
前 言
作者简介：半旧518，长跑型选手，立志坚持写10年博客，专注于java后端
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文章简介：JVM最基础、重要的13道面试题
文章目录
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- 1.JVM调优的经历
- 2.JVM的主要组成部分/内存结构
- 3.强引用、弱引用、虚引用
- 4.Serial,Parallel,CMS,G1四大GC收集器有什么区别？
- 5.聊聊标记清除算法、复制算法和标记整理算法、分代回收算法？
- 6.JRE、JDK、JVM 及 JIT 之间有什么不同？
- 7.谈谈JVM的常量池
- 8.如何判断一个对象是否存活
- 9.请详细说下CMS垃圾回收器回收的过程。
- 10、请详细说下G1垃圾回收器进行垃圾回收的过程。
- 11、说一下JVM进行垃圾回收的完整过程
- 12、什么是类加载，它的过程是怎样的？双亲委派模型又是什么？
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1.JVM调优的经历
脚本慢：程序流程图，加log计时
发现特别慢的时间结点，看代码逻辑，从逻辑上不可能有特别耗时的操作。
考虑是垃圾回收操作。
使用JVisaulVM进行排查，发现是在做垃圾回收。
堆做dump，定位到代码。
有几个地方。
第一个地方是，生成报告的结点是循环依赖的。A、B互相持有，由于JVM的回收机制是根可达算法，会堆积到老年代回收。设置clear()予以解决。
第二个是将缓存变量由类的实例改称了类。
第三个是将concurrentHashMap改为synchornized和WeakHashMap
2.JVM的主要组成部分/内存结构
程序计数器、
堆(解决的是存储数据问题，只有一个，类的实例对象以及数组，线程共享，垃圾回收器会自动回收不再使用的对象)
栈(解决的是程序运行时的问题，是线程所私有的，描述的是java方法所执行的内存信息，每个方法都会创建一个栈帧用于存储局部变量、程序的运行状态、方法返回值等信息，每个方法从调用到结束，就对应着一个栈帧从入栈到出栈的过程。栈中数据直接存放在寄存器中，存取速度比堆要快)、
方法区(类锁共享，常量池、接口定义等)
本地方法区、类加载器(加载类到内存)
3.强引用、弱引用、虚引用
强引用就是不会被回收，当虚拟机内存空间不足时，宁愿抛出OutOfMemoryError也不清除它。一般我们使用的都是强引用。
软引用用来存放一些有用但不是必须的对象，只有当内存不足的时候才会回收。
弱(WeakReference)引用用来存放一些不重要的对象，只要进行回收就会被清理回收(如缓存，可以由这个降到jvm调优的实例)
虚引用并不影响对象的生命周期，随时可能被回收，只是一个标记，主要用来跟踪对象的垃圾回收活动。
4.Serial,Parallel,CMS,G1四大GC收集器有什么区别？
Serial收集器是单线程收集器，在他进行垃圾回收时，其它工作线程都必须等待，直到它收集结束。其cpu利用率最高，但用户的等待时间最长。比较适合小型的应用
Parrallel收集器，是多线程收集器，其停顿时间短，回收效率高，吞吐量很大，比较适合于科学计算，大型应用等。
CMS收集器，采用多线程进行垃圾回收，其算法是标记-清除算法。它以响应时间优先，可以减少垃圾回收的停顿时间，适合于电信领域、服务器等。
G1收集器，吸收CMS收集器的特点，支持高吞吐量、支持很大的堆。
5.聊聊标记清除算法、复制算法和标记整理算法、分代回收算法？
标记清除算法：
当JVM堆内存空间满以后，会做两件事情：标记和清除。
第一是收集器从根节点开始标记所有被根节点引用的对象。
第二是收集器对堆内存从头到尾进行线性扫描，发现没有被标记的对象进行清除。
值得注意的是，清除并不是物理意义上的清除，只是将其记录在空闲地址列表里，当需为了新对象申请存储空间时，判断这个存储区域的空间是不是够用，如果够用则覆盖这个存储区域。
标记清除算法具有下列缺点：可能产生许多内存碎片。进行GC时，需要stw，用户体验感较差。其效率不是很高。
复制算法。复制算法相对于标记清除效率更高一点，但不适用于活跃对象太多的场合，比如老年代。该算法把内存区域分成两半，每次只使用其中一块，但进行垃圾回收时，将活跃的对象复制到另一块内存。将之前使用的内存全部清除。最后将两块内存的角色互换。
复制算法有一个显著的缺点，就是需要浪费掉一半内存。可以配合一个担保空间(老年代)来完善。将大对象存放到担保空间中，这样就可以节省很多空间。
标记整理算法。在标记清除算法的基础上，增加了整理。在回收内存空间后，会将所有存活的对象往左方空闲空间移动。这样解决了内存碎片问题，但是也需要更多的时间成本。
分代回收算法。实际上，JVM虚拟机采用分代回收算法，结合了上述几种算法的优势。将堆内存空间分为新生代、老年代。对于新生代的对象，因为会有大量的对象死去，少量的对象存活，使用复制算法。对于老年代对象，其生命周期较长，没有额外的担保空间，因此采用标记整理或者标记清理算法对其进行回收。
6.JRE、JDK、JVM 及 JIT 之间有什么不同？
JVM代表java虚拟机，它的责任是运行java应用。Java之所以能够实现跨平台，就是因为不同的平台有对应平台的JVM虚拟机。在java源代码被javac编译为class文件以后，由对应平台的jvm虚拟机将class文件转换为机器码后执行。
JRE是java运行时环境，是Java程序运行所必须的，它包含了JVM和java的核心类库。
JDK代表java开发工具包，它包含jdk，java的程序编译器等。
JIT是即时编译器，JVM在将字节码转换为机器码时，就需要利用JIT或者转译器。JIT相比转译器，编译后的字节码会成为优化后的原生指令码，更高效。但是也因此需要一定的成本。因此，对于极少执行到的代码，使用转译器更划算。对于重复或多次执行的代码，使用JIT更加高效。
7.谈谈JVM的常量池
JVM的常量池包括运行时常量池、基本类型包装类常量池、Class文件常量池、全局字符串常量池。
一个java程序被javac编译成class文件，而java中的字节码需要数据支持，这些数据可能较大，不宜直接存在class文件中，因此可以放在Class文件常量池中。 class文件常量池主要存放两大常量：字面量和符号引用(类名、方法名等等)。
基本数据类型的包装类大部分实现了常量池技术，这些类时Byte、Short、Integer、Character、Long、Boolean，即除了浮点类型以外。另外，五种整形包装类只有当值小于127时，才会使用对象池技术。
字符串常量池，字符串的分配，耗费高昂的时间、空间成本，而且其使用十分高频，因此极其影响性能。JVM为了提高性能，使用字符串池进行优化提升。具体做法是，开辟一块空间作为字符串常量池，创建字符串时，先判断串池中是否存在该字符串，存在则返回引用实例，不存在则创建并存到串池中。它其实就是虚拟机所维护的一个字符串引用表。在HotSpot VM中，它就是一个String table，其底层实现就是一个hashtable。
运行时常量池，运行时常量池，它就是class文件的常量池来构建的，它的作用是存储java class文件常量池中的符号信息，运行时常量池相对于class常量池一大特征就是具有动态性，当我们使用API，string.intern()就会把在运行时通过代码生成常量放入运行时常量池。
推荐阅读：这一次，彻底弄懂java中的常量池 - 掘金 (juejin.cn)
8.如何判断一个对象是否存活
判断一个对象是否存活，分为两种方法：引用计数法和根可达计数法。
引用计数法的原理就是：对象每被引用一次，就计数加1，引用失效，则计数减1。当引用计数为0时，就说明该对象可以被回收。当时这种算法无法解决循环依赖问题。
根可达计数法是指，从GCROOT开始，从上往下进行搜索，当一个对象没有与GCROOT连接的路径时，说明该对象不可用。
可以作为GCROOT的对象有：本地方法区中类的静态属性、方法区中常量池常量所引用的对象、本地方法栈JNI所引用的对象，虚拟机栈中所引用的对象
但当一个对象满足了上述条件，并不会马上就被回收，还需要执行两次标记。第一次标记是确定其是否有finalize()方法，并且没有被执行过，将其标记为垃圾对象，等待回收。
第二次标记是创建一个F-Queue，并生成一个finalize线程去执行finalize方法。但是虚拟机并不保证上述过程可以顺利进行，因为可能出现线程死锁或者执行缓慢，导致回收线程崩溃。
如果执行完finalize()方法，该对象依旧没有与GCROOT有直接或者间接的连接，才会执行垃圾回收。
9.请详细说下CMS垃圾回收器回收的过程。
CMS(Concurrent Mark Sweep)垃圾回收器使用的是标记清除算法，他的目标是最快的对用户进行响应。在进行垃圾回收时使用户线程和GC线程并发执行。
CMS的垃圾回收过程是：
(1)初始标记：标记和GCRoot相关联的下级，这个过程会stw，但是时间很短，因为跟GCRoot直接相连的下级很少。
(2)并发标记：在初始标记的基础下，进一步顺着GCRoot这个链路一路向下标记，这个过程耗时很长，但是不会有stw，因为是并发执行的。
(3)重新标记：因为在并发标记过程中，并没有阻塞其他工作线程，因此还可能产生新的垃圾，因此再进行一次标记。
(4)并发清除：清除删掉已经死亡的对象，这个过程也是并发进行的。
CMS垃圾回收器存在的问题是：
(1)内存碎片问题。可能导致大对象没有空间存储，提前进行FullGC。可以通过设置参数，使FullGC之前先进行内存碎片的整理。但是这个整理工作是无法并发执行的。
(2)并发回收导致cpu资源紧张。由于占用了工作线程，会使应用程序变慢，降低程序的总吞吐量。
(3)无法清理浮动垃圾。并发标记、并发清理阶段用户线程依旧工作，还会产生新的垃圾。只能等待下一次CMS垃圾回收时进行回收。
(4)并发失败。由于再垃圾回收阶段，用户线程还会继续工作，需要为其空出一定内存，如果留的空间不够其工作，就会并发失败。虚拟机不得不启动备用方案：退化成Serial OLd，这样会有stw出现，停顿很长一段时间。
10、请详细说下G1垃圾回收器进行垃圾回收的过程。
G1垃圾回收器的全程是Garbage First，它的思想是面向局部收集。在整体上，他采用的算法是标记-整理算法，在局部上，他采用的算法是标记-复制算法。他被设计来替代CMS垃圾回收器，在jdk9以后，他成为了JVM的默认垃圾回收器。
它的回收阶段分为：
(1)初始标记(会STW)：在MinorGC时，并发进行初始标记。仅仅标记GCRoot能够直接访问到的对象。并且修改TAMS(Top at Mark Start)指针，使下一阶段用户线程进行并发标记时，能够正确的在可用的region分配对象。
(2)并发标记：从GCRoot开始扫描整个堆中的对象图，找出需要回收的对象。耗时较长。
(3)最终标记(会STW)：对用户线程进行短暂的停顿，处理并发标记过程中引用发生变化的对象。
(4)清理阶段(会STW)：更新整个region的统计数据，进行回收价值与成本的估计进行排序，根据用户的期望时间进行region回收。由于设计到存活对象的移动，必须进行stw。
推荐阅读：24-一步一图带你理清G1垃圾回收流程 - 知乎 (zhihu.com)
11、说一下JVM进行垃圾回收的完整过程
分为新生代和老年代，新生代默认占空间的1/3,老年代默认占内存空间的2/3。新生代分为Eden区、To survival、From survival，其默认占比是8：1：1。当Eden区内存不足时，会出发Minor GC。Minor GC的发生非常频繁，其速度也较快。
对应的，发生在老年代的GC被称为Major GC。一次Major GC通常伴随着至少一次Minor GC。
下面说说Minor GC的过程。
（1）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；
(2)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；
移动一次，对象年龄加 1，对象年龄大于一定阀值会直接移动到老年代。
(3)Survivor 区相同年龄所有对象大小的总和 > (Survivor 区内存大小 * 这个目标使用率)时，大于或等于该年龄的对象直接进入老年代。
(4)Survivor 区内存不足会发生担保分配，超过指定大小的对象可以直接进入老年代。
（5）大对象将直接进入老年代。为了避免为大对象分配内存时由于分配担保机制（就是当在新生代无法分配内存的时候，把新生代的对象转移到老生代，然后把新对象放入腾空的新生代。）带来的复制而降低效率。
老年代回收（FullGC）触发条件：
(1)无法放入Survivor区直接进入老年代。YoungGC时，如果eden区+ from survivor 区存活的对象无法放到 to survivor 区了，这个时候会直接将部分对象放入到老年代。
(2)调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行。
(3)老年代空间不足。
（4）方法区空间不足。
12、什么是类加载，它的过程是怎样的？双亲委派模型又是什么？
在java中，每一个类或者接口都会被编译成为一个.class文件。类加载就是把这些.class文件中的二进制数据读到内存中，进行校验、解析和初始化。
类的加载分为几个阶段：加载、连接(验证、准备、解析)、初始化
类加载的第一步是加载，这个过程主要做三件事：
(1)根据类的全限定名找到对应的.class文件。
(2)把.class文件中的二进制数据读取出来，转成方法区的运行时数据结构
(3)在堆中生成一个对应的java.Lang.Class对象，作为方法区数据的访问入口。
验证阶段主要是做一些文件格式、字节码验证、符号引用验证等，保证文件中的内容符合虚拟机的规范，防止数据危害虚拟机自身的安全。
准备阶段对类的静态信息(static 修饰过的变量)分配内存空间，并赋初始值。
解析阶段会把当前加载的类和它引用的类进行正式的连接。
初始化的过程，就是执行类构造器 ()方法的过程
虚拟机设计团队把类加载的过程放到了JVM外部去实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类。JVM提供了三种类加载器，启动类加载器(BootStrap ClassLoader,负责加载
双亲委派模式其实一句话就可以说清楚：任何一个类加载器在接到一个类的加载请求时，都会先让其父类进行加载，只有父类无法加载（或者没有父类）的情况下，才尝试自己加载。
双亲委派模式优势：避免重复加载 + 避免核心类篡改
采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关系可以避免类的重复加载。如果不是采用双亲委派机制，不同的类加载器加载一个类，这个类会被加载两次。而使用双亲委派机制，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
其次是考虑到安全因素，java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改。