JVM相关

 GC算法：

基本部分

1、堆和栈有什么区别？

1、堆和栈是JVM内存中的两个不同区域，作用也不同。对象的分配是在堆上进行的。

栈中包含一系列的栈帧，是来存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

2、堆是线程共享的区域，栈是线程私有的区域。

类加载部分

1、Java中为什么要采用PDM方式来实现类加载呢？有几个目的

防止内存中出现多份同样的字节码。如果没有 PDM 而是由各个类加载器自行加载的话，用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中，多个类加载器都能加载这个类到内存中，系统中将会出现多个不同的Object类，那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证，同时，也会给虚拟机的安全带来隐患。
双亲委派机制能够保证多加载器加载某个类时，最终都是由一个加载器加载，确保最终加载结果相同。
这样可以保证系统库优先加载，即便是自己重写，也总是使用Java系统提供的System，自己写的System类根本没有机会得到加载，从而保证安全性。

2、jvm中对象的结构是什么？

对象由对象头、实例数据、对其填充三部分组成。

对象头包括1、对象运行时数据（GC分代年龄、符号引用等） 2、指针类型： 指向 对象的类的元数据类型  3、如果是一个对象数组，则还包括   数组的长度信息

实例数据就是  对象的真正有效的信息，包括从父类继承来的以及自定义的

对齐填充是指  对象的起始地址必须是8字节的整倍数。

GC部分

1、什么是需要被回收的垃圾？

运行程序中没有任何指针指向的对象，就是需要被回收的垃圾。

2、为什么要进行垃圾回收？

计算机内存有限，如果不回收，就会一直占用内存空间，最终导致OOM。

3、早期的垃圾回收机制是什么样的？有什么缺点？

早期垃圾回收：使用者自己手动申请空间，手动释放空间。

缺点一旦忘了释放，会造成内存泄露。

4、java的垃圾回收机制形式？优缺点是什么？

自动内存管理：  优点： 降低内存溢出与内存泄露风险，让程序员更专注于业务逻辑。

                           缺点： 一点出现问题，难以定位与改错。

5、垃圾回收发生的区域是哪里？

垃圾回收发生在堆和方法区。 重点是堆。

频繁发生在年轻代（堆）、较少发生在老年代（堆）、基本不动 元空间（方法区）。

6、垃圾回收过程主要有哪几个阶段？

标记阶段、清除阶段

7、标记阶段，如何判断对象已死？

主要有两种方法：

①、引用计数法：

        定义：对每个对象保存一个计数器属性，如果有其他对象引用了，则+1，引用失效后-1，若   为0，则表示可以回收。

        优点：实现简单、便于识别、判定效率高，回收没有延迟。

        缺点：

                1、计数器也占用空间，增加空间消耗。

                2、每次引用变化，都要计算。增加时间消耗。

                3、无法解决循环引用问题。（根本缺点）

   java没有采用引用计数法，python使用了，python采用手动解除和使用弱引用weakref的方式来应对以上缺点。

②、可达性分析法：

定义：以根节点集合GCRoots为起始点，按照从上至下的方式搜索被根节点集合直接或间接连接的对象，视为可达对象。非可达对象则视为可回收对象。

优点：可以解决循环引用问题

8、GCRoots包括哪几种对象？

①、虚拟机栈中引用的对象

②、本地方法栈Jni中引用的对象

③、方法区类静态属性所引用的对象

④、方法区中常量所引用的对象

⑤、所有被同步锁synchronized持有的对象

⑥、java虚拟机内部的引用

除此之外，根据垃圾回收器及垃圾回收区域的不同，也有一些可能被临时作为GCRoot的对象。

9、GC时 STW (stop the world)的原因？

可达性分析法必须在一个能够保证一致性的快照中进行

10、在GC中对象的三种状态？

可触及、可复活、可回收

11、如何判断对象可回收？（是问题7的进一步细化说法）

一个对象是否可回收要经过两个标记阶段。

1、经过可达性分析法 判断 对象是否可达，若可达，则不可收回。若不可达，标记为 不可达。

2、对不可达对象进行判断，是否重写了finalize()方法，若没有重写，则 标记为可回收。

若重写了 ，则执行，执行后对象可能被复活，则不可回收。若没有被复活，则可回收。

3、finalize()只能被执行一次。若已执行过，则第二次运行到此时直接将对象标记为可回收。

12、垃圾回收的清除阶段有哪些算法？

1、标记-清除算法

2、复制算法

3、标记-压缩算法

13、标记-清除算法

1、算法描述：   ①、标记可达对象   ②、对堆内存进行遍历，清除非可达对象

2、缺点：①、效率不算高   ②、GC时，停止整个应用程序  ③、清理出的内存空间是不连续的，容易产生内存碎片。

详细说下第三个缺点原因：

标记-清除算法的清除并不是真正的清除，而是将可以被清除的对象地址保存在空闲的地址列表中，下次有新对象需要加载时，逐个判断空闲列表中每个垃圾的空间是否够存放，如果够，则存放。

14、分代收集算法                

并不是一种新的算法，而是一种算法思想，不同代采用不同的垃圾收集算法，组合使用。如年轻代使用 复制算法，老年代使用标记-压缩算法。

15、增量收集算法

在以上提到的算法，GC中都会STW，如果时间过长，会影响用户体验。因此让垃圾回收线程每次只回收一小片区域，与应用线程交替运行，直到垃圾回收完成。

优点是降低了延迟，单次STW时间很短。缺点是频繁的线程和上下文切换消耗，使得垃圾回收的成本上升，系统吞吐量下降。

16、垃圾回收的相关概念

System.gc()、  Runtime.getRuntime().gc()

显式的调用垃圾回收，但不能保证程序立刻进行GC,原因 “”安全点、安全区域的概念“”

内存溢出（OOM）

原因：没有空闲内存，垃圾回收器也无法提供更多的内存。

没有空闲内存的原因，jvm的堆内存设置的不够，可以通过-Xms、 -Xmx调整

代码中创建了大量的大对象，并且长时间不能被垃圾回收。

内存泄露（Memory Leak）

描述： 一个对象不会被程序用到了，但垃圾回收器却不能回收他。

举例：1、一个需回收的对象   在单例模式中的单例对象中被引用。因为单例模式的声明周期跟应用程序一样长，所有这个对象就无法被回收。2、一些提供了close方法的资源未关闭导致内存泄露。如数据库连接、网络连接（socket）和io连接

STW   (stop the world)

gc发生过程中，整个应用程序线程都会被暂停等待，没有响应。

垃圾回收的并行与并发

并行： 同一时间点可同时执行

并发： 同一时间段同时执行，同一时间点只有一个执行。

安全点、安全区域

应用线程执行过程中并非在所有地方都能够停顿下来开始GC,只有在特定的位置才能进行GC，这些位置就被称为安全点或安全区域。通常会选择应用程序一些执行时间较长的指令作为安全点。如方法的调用、循环跳转、异常跳转

如何保证GC发生时，可以使应用程序线程在最近的安全点停顿下来呢？

1、抢先式中断。

首先中断所有线程，如果还有线程不在安全点上，就恢复线程，让线程跑到安全点

2、主动式中断

设置一个中断标志，让线程运行到安全点时主动轮询这个标志，为真，则自己中断挂起。

引用的四种类型

强引用：  引用存在就不会被回收。

软引用：  引用存在，但内存不足时，被回收

弱引用：  引用存在，但只要垃圾回收器发现了它，就会被回收

虚引用：  对对象的生命周期起不到任何影响，只是为了让对象被收回时，能够接受系统通知。

17、如何去分析、了解一个JDK的版本变化？

1、从语法层面看变化

2、从API层面看变化

3、底层优化：主要指JVM的优化

垃圾收集器

18、垃圾回收器的分类

1、按线程数分 ：串行垃圾回收器、并行垃圾回收器

2、按工作性质分： 并发式垃圾回收器、独占式垃圾回收器

3、按内存碎片处理方式分：  压缩式、非压缩式

4、按工作的内存空间分： 年轻代的垃圾回收器、老年代的垃圾回收器

 19、评判垃圾回收器的性能指标有哪些？

1、吞吐量

2、延迟

3、内存占用情况

20、Java常见的垃圾回收器有哪些？

年轻代垃圾回收器：

serial GC   : 第一款垃圾回收器，用于年轻代，单线程工作，他是所有收集器中额外内存消耗最小的；对于单核处理器或者处理器核心数较少的环境来说，可以获得最高的单线程手机效率，适用于运行在客户端模型下的虚拟机。

Parnew : serial 的多线程版本

Parallel Scavenge: 

目标是达到一个可控制的吞吐量。

主要参数：

-XX:MaxGCPauseMills    最大单次垃圾回收消耗时间： >0的毫秒数

-XX:GCTimeRatio   :控制运行用户线程时间与垃圾回收时间的比值

-XX:+UserAdaptiveSizePolicy   自适应调节策略，虚拟机自动调整新生代大小及伊甸园去与幸存区比例。

老年代垃圾回收器：

serial old : serial的老年代版本，单线程，使用标记-整理算法

Parallel old : 在JDK1.4中发布，在jdk1.6后， Parallel成为默认的垃圾回收器.多线程收集。使用标记-整理算法

CMS: 以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。使用标记-清除算法。

优点：并发收集、低停顿。

缺点：1、对处理器资源十分敏感。处理器资源很少时，慢

           2、无法处理浮动垃圾

           3、基于标记-清除算法，因此会有内存碎片化问题

工作过程可以分为

1、初始标记：  标记GCRoots节点直接关联的对象。此过程会STW

2、并发标记：  从GCRoots根节点遍历整个对象图。此过程不会STW 

3、重新标记:     由于并发标记阶段不会STW，所以引用可能会变动，所以需要修改部分标记。此过程会STW

4、并发清除：  清除标记阶段标记的可回收对象

G1 :  里程碑式的垃圾收集器，开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式和具有优先级的区域回收方式，基于标记-复制算法，jdk9以后成为 默认的服务端垃圾回收器。

目标是  在延迟可控的情况下获取尽可能高的吞吐量

优点：停顿更小

缺点：

1、需要耗费更多内存：需要java堆的10%-20%的内存来维持收集器工作

工作过程可以分为

1、初始标记：  标记GCRoots节点直接关联的对象。此过程会STW

2、并发标记：  从GCRoots根节点遍历整个对象图。此过程不会STW 

3、最终标记      此过程会STW

4、筛选回收      此过程会STW

CMS和G1的比较和选择？

G1基于标记-复制算法，CMS基于标记-清除算法。

因此CMS会有内存空间碎片化问题，G1不会有。

但G1的内存占用和运行额外执行负载比CMS高。

内存占用来说，二者都使用卡表来处理跨代指针，但G1是基于Region的，所以卡表更为复杂，开销更大。

因此各有优缺点，需根据实际情况判断，据作者经验，在小内存应用上，CMS的表现大概率好于G1，在大内存应用上，G1更容易发挥优势。这个java堆容量的平衡点通常在6g-8g之间。

Epsilon、

Shenandoah： 第一款非Oracle开发的垃圾回收器

ZGC :  基于Region内存布局，不设分代，使用了读屏障、染色指针，和内存多重映射等技术来实现可并发的标记-整理算法的，以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器，JDK11中引入

核心重点就是 可并发的标记整理算法的实现。

多重映射：将多个不同的虚拟内存地址映射到同一物理内存地址上；是使用染色指针技术的伴生产物

优点： 支持“NUMA-Aware”的内存分配。

“NUMA-aware” ,非统一内存访问架构，是一种为多处理器或者多核处理器的计算机所设计的内存架构。

支持NUMA的内存分配的仅有 parallel scavenge 、zgc

ZGC是未来发展的趋势，目前让处于实验阶段。

如何选择合适的垃圾收集器？

主要应该从以下三个方面考虑：

1、应用程序的主要关注点是什么？

如果是服务端的数据分析、科学计算等，则更为管住吞吐量

如果是SLA应用，更关注延迟

如果是客户端或嵌入式，更为关注 内存占用

2、运行应用的基础设施如何？

3、使用jdk的发行商是什么？

垃圾收集器参数？

见另一篇博客

调优相关：

1、JVM调优相关的指令有哪些？

jps         作用：jvm process status tools，用于检测系统中所有的hotspot虚拟机进程

jstat       作用 : 监测jvm运行时的状态信息

jmap      作用：  生成 堆 dump文件

jhat        作用：  分析堆dump文件

jstack     作用： 生成虚拟机当前时刻的线程快照

jinfo       作用： 实时查看和调整jvm运行参数

2、JVM调优工具有哪些？

jdk自带的： 1、jconsole    2、 jvisualvm   

第三方的：  1、 MAT         2、GChisto

3、JVM性能调优方法有哪些？

1、调整堆大小

-Xmx            设置堆的大小

2、设置新生代大小，新生代不能太小，否则会有大对象涌入老年代

-XX:NewSize     新生代大小

-XX:NewRatio    新生代和老年代占比

-XX:SurvivorRatio     伊甸园区与  survivor区占比

3、根据实际情况自主设定垃圾回收器

-XX:+UseParNewGC         新生代用

-XX:+UseConcMarkSweepGC    老年代用