JVM面试题

JVM面试题

1.什么是JVM

JVM，即Java Virtual Machine（Java 虚拟机）的简称。

JVM位于操作系统之上，是一个抽象化的计算机，有自己独立的硬体架构，如寄存器、堆、栈等。JVM屏蔽了与不同操作系统平台的相关信息，使得Java程序在编译时只需要生成能在虚拟机上运行的字节码文件，就可以在多种平台上不加修改的运行。

Java语言一个非常重要的特点就是平台无关性，一个重要的原因就是Java程序编译的字节码文件在虚拟机运行时，会被解释器解释为特定操作系统的机器指令代码，这也是Java程序能够一次编译，到处运行的原因。

2.JVM体系结构

3.类加载器、双亲委派、沙箱安全

类加载器的作用就是用来加载Class文件。除虚拟机自带的加载器外，一般按照顺序还有根加载器（BootstrapClassLoader，负责加载lib包下的jar包和class），拓展类加载器（ExtClassLoader，负责加载lib/ext下的jar包和class）和应用程序类加载器（APPClassLoader，负责加载classpath下的类文件）。

类在进行加载时，首先会调用AppClassLoader的loadClass方法来加载这个类，这个方法会首先调用ExtClassLoader的loadClass方法，同理继续调用BootstrapClassLoader中的loadClass方法，如果BootstrapClassLoader加载到了就直接成功并返回，否则由ExtClassLoader来进行加载，成功则返回，否则由AppClassLoader进行加载。如果没有任何加载器能加载，就会抛出ClassNotFoundException。

所谓双亲委派，就是指类加载的时候会委派给Ext和Bootstrap类加载器来进行加载，如果没加载到才由自己加载。

沙箱安全（双亲委派安全性和健壮性）

package java.lang;

public class String{
	//会报出在类java.lang.String中找不到main方法，因为实际加载的是Bootstrap下的String类
	public static void main(String[] args){
		System.out.println("1231232");
	}
}

优点：

• 防止重复加载同一个类，加载时向上层进行询问，如果被加载过就不再加载
• 防止核心类被篡改，即使篡改也不会被加载，一定程度上防止了危险代码的植入。

4.GC如何判断对象可以被回收

1.引用计数法

• 每个对象都有一个引用计数器，新增一个引用时计数器的值就+1，引用释放时就-1，为0则说明可回收。
• 如果A引用B，B引用A，则A和B的引用计数器永远不为0，所以它无法解决循环引用问题。

2.可达性分析法

• 从GC Roots向下分析，搜索所走过的路径称为引用链，到GC Roots没有任何引用链的对象就被虚拟机判断为不可达对象，证明该对象是不可用的，可回收的。
• 不可达对象并不是立即死亡的。经历死亡至少要经历两个过程
  • 可达性分析中没有引用链
  • 在虚拟机建立的Finalizer队列中判断是否需要执行finalize方法

GC Roots的对象：

• 栈中引用的对象
• 类静态方法引用的对象
• 常量引用的对象
• JNI（Java Native Interface）中引用的对象

5.JVM常用垃圾回收算法

垃圾回收主要针对的是JVM的堆内存，分为新生代和老年代，在1.7及之前，还有永久代，它在方法区里保存了class信息，静态变量和常量池等。JDK1.8之后取消了永久代的概念，多出了一个元空间的概念，内存上也独立了出来，跟老年代物理上不再连续，直接使用JVM内存，拓展变得更加容易实现。同时方法区也将一些数据转移了出去，比如类的静态变量，字符串常量池。

我们平常使用的JVM通常是Hotspot（都是Sun公司的，合并了JRockit）版本，此外还有Zing，J9VM等等。 永久代只是Hotspot独有的概念。

在垃圾回收中，针对新生代的垃圾回收，叫minorGC，也叫YoungGC，YGC，针对老年代的垃圾回收，叫majorGC，由于老年代垃圾回收的时候经常会伴随新生代的垃圾回收，因此也叫FullGC（全局GC），FGC。

• 标记清除法：

当垃圾回收器将内存扫描后会标记出所有的垃圾对象，然后将他们回收，但是会不断的产生内存碎片，使得内存的使用率越来越低。

• 复制算法：

准备两块一模一样的内存，当其中一块空间不足时，我们可以将所有需要保留的对象拷贝到另一块内存，然后将原来的这块内存全部清空，这样就既做到了垃圾回收，又做到了碎片整理。但是对于空间的要求比较大，且利用率不高。像新生代中的两块幸存者区就是为了实现这个算法。

• 标记压缩法：

其实就是在清理垃圾的基础上，多了碎片整理的工作，显然这样的工作不适合高频率的执行，一般当老年代的空间不足时，会触发一次FullGC，这时就会做碎片整理的工作。

6.JVM垃圾回收器和工作流程

• Serial工作在新生区，通常搭配Serial Old一起工作，这种垃圾回收器是单线程的，且不支持并发，使用的时候会触发STW，后来随着物理内存的增大，STW造成的服务器卡顿甚至可达数十个小时。

• Parallel Scavenge和Parallel Old，它们是多线程的垃圾回收器，对于多CPU的处理器而言，STW的时间会少很多。

• ParNew和CMS，ParNew和Parallel几乎没有任何区别，只是为了搭配CMS做了一些调整，CMS则开始支持并发。
  • 第一阶段依然会触发STW，但是只标记GC Root的第一层对象，因此时间很短
  • 第二阶段结束STW，垃圾回收线程并发标记垃圾，由于此时用户线程和GC线程并发工作，可能会产生错标的情况
  • 第三阶段为了解决错标问题，触发STW，GC线程并发重新标记
  • 第四阶段STW结束，GC线程并发清理垃圾，由于此时用户线程也恢复了工作，新产生的垃圾需要等下一轮回收，这些垃圾被称为浮动垃圾。

• G1垃圾回收器，JDK1.7之后出现的垃圾回收器，但直到1.9才变为JDK的默认垃圾回收器。机制比较复杂，它允许用户设置一个期望的STW时间，并尽力向这个时间靠拢。
  • G1将整个堆内存划分为若干大小相等的区域，区域的数量默认为2048，它依然保留了新生区、伊甸园区和老年区的概念，只是物理上不再连续，区域被新生代使用时，就是新生区。因此新生区、老年区的大小不再固定，不仅方便了拓展，GC扫描时也不需要扫描整个堆内存，这也大大提高了G1所支持的堆内存的大小。
  • G1本身的设计就是针对大内存的，因此它的很多算法里都有空间换时间的细节。
  • G1在进行垃圾回收时，会对区域进行回收价值排序（区域内垃圾多的排在前面），因此我们在设置STW时间后，它会按照STW时间尽可能多的清理回收价值高的区域。
  • G1在进行内存回收时采用复制算法，无内存碎片产生，G1还对大对象进行单独存放，区域称为humongous，属于老年代，它在被回收前内存位置固定不变，这样就避免了频繁移动大对象的消耗。
  • G1的工作流程和CMS差不多，但是由于不需要扫描全部区域，因此STW时间很短，并在最终的标记阶段采用三色标记法解决CMS可能出现的错标问题。

7.什么是三色标记法

• 白色代表该对象没有被垃圾回收器扫描过
• 灰色代表该对象已经被垃圾收集器扫描过，但该对象上至少存在一个引用还没有被扫描过
• 黑色代表该对象及其所有引用都已经被垃圾回收器扫描

最终：

上图中B、C、H就是可以回收的对象。

8.一个对象从加载到清除的流程

• JVM首先到方法区找到对象的类型信息，然后再创建对象
• 在实例化对象时，JVM首先在堆中创建一个对象，并在栈中存入一个引用变量指向这个对象
• 对象首先会分配在堆内存新生代的Eden区，经过一次轻GC后，如果存活，就进入幸存区。在后续的每次GC中，如果对象一直存活，会在幸存区的两块区域来回拷贝，每移动一次，年龄+1。当年龄到达一定程度（一般是15），就会移动到老年代。
• 当方法执行结束后，首先会移除栈中的引用
• 堆中的对象，经过Full GC，就会被标记为垃圾，被GC线程清理

9.什么是OOM与StackOverFlow

OOM即Out Of Memory。内存溢出问题，包括堆内存溢出、栈内存溢出和方法区内存溢出。

OOM的解决不是一蹴而就的，一般系统在发生这种问题时，都会产生dump文件，可以使用专业工具对dump文件进行分析，找出当时异常的对象和线程（比如cpu占用特别高），接着定位到具体代码，通过分析、推理、实践和总结进行调整的。

StackOverFlow即栈溢出，每一个线程启动时，虚拟机都会为它分配一个栈，当线程调用一个方法时，就压入一个栈帧到这个线程的栈中，如果方法的嵌套太多或者互相递归调用，就会出现StackOverflowError溢出异常。

10.什么是STW

STW即Stop The World，是指在执行垃圾回收算法时将JVM内存冻结的一种状态。

在STW状态下，除了GC线程和native方法外，Java所有线程都是停止运行的，而且无法与JVM进行交互。

GC各种优化算法的重点，就是尽可能的减少STW次数，这也是JVM调优中很重要的一部分。