Java后端开发面试题——JVM虚拟机篇
目录
什么是程序计数器？
你能给我详细的介绍Java堆吗?
什么是虚拟机栈
1. 垃圾回收是否涉及栈内存？
2. 栈内存分配越大越好吗？
3. 方法内的局部变量是否线程安全？
4.什么情况下会导致栈内存溢出？
5.堆栈的区别是什么？
能不能解释一下方法区（元空间）？
常量池
运行时常量池
你听过直接内存吗？
什么是类加载器，类加载器有哪些
什么是双亲委派模型？
说一下类装载的执行过程？
对象什么时候可以被垃圾器回收
引用计数法
可达性分析算法
哪些对象可以作为 GC Root ?
JVM 垃圾回收算法有哪些？
说一下JVM中的分代回收
MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的区别是什么
说一下JVM有哪些垃圾回收器？
串行垃圾收集器
并行垃圾收集器
CMS（并发）垃圾收集器
G1垃圾收集器
详细聊一下G1垃圾回收器
强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别
JVM 调优的参数可以在哪里设置参数值
JVM 调优的参数都有哪些？
设置堆空间大小
堆空间设置多少合适？
虚拟机栈的设置
年轻代中Eden区和两个Survivor区的大小比例
年轻代晋升老年代阈值
设置垃圾回收收集器
说一下 JVM 调优的工具？
jps
jstack
jmap
jstat
总结垃圾回收统计
垃圾回收统计
jconsole
VisualVM
Java内存泄露的排查思路？
CPU飙高排查方案与思路？
什么是程序计数器？
线程私有的，内部保存的字节码的行号。用于记录正在执行的字节码指令的地址。
javap -v xx.class 打印堆栈大小，局部变量的数量和方法的参数。
你能给我详细的介绍Java堆吗?
线程共享的区域：主要用来保存对象实例，数组等，当堆中没有内存空间可分配给实例，也无法再扩展时，则抛出OutOfMemoryError异常。
元空间保存的类信息、静态变量、常量、编译后的代码
年轻代被划分为三部分，Eden区和两个大小严格相同的Survivor区，根据JVM的策略，在经过几次垃圾收集后，任然存活于Survivor的对象将被移动到老年代区间。
老年代主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象
什么是虚拟机栈
每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈，先进后出
每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
1. 垃圾回收是否涉及栈内存？
垃圾回收主要指就是堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放
2. 栈内存分配越大越好吗？
未必，默认的栈内存通常为1024k
栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半
3. 方法内的局部变量是否线程安全？
如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全
4.什么情况下会导致栈内存溢出？
栈帧过多导致栈内存溢出，典型问题：递归调用
栈帧过大导致栈内存溢出
5.堆栈的区别是什么？
栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的的。
堆会GC垃圾回收，而栈不会。
栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的。
两者异常错误不同，但如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。
栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。
堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。
能不能解释一下方法区（元空间）？
方法区(Method Area)是各个线程共享的内存区域
主要存储类的信息、运行时常量池
虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace
常量池
可以看作是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息
javap -v Application.class 查看字节码结构（类的基本信息、常量池、方法定义）
运行时常量池
常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址
你听过直接内存吗？
直接内存：并不属于JVM中的内存结构，不由JVM进行管理。是虚拟机的系统内存，常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区，它分配回收成本较高，但读写性能高，不受 JVM 内存回收管理
常规IO的数据拷贝流程
什么是类加载器，类加载器有哪些
类加载器
JVM只会运行二进制文件，类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。
什么是双亲委派模型？
加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级加载器也有上级，则会继续向上委托，如果该类委托上级没有被加载，子加载器尝试加载该类
（1）通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。
（2）为了安全，保证类库API不会被修改
说一下类装载的执行过程？
加载:查找和导入class文件
验证:保证加载类的准确性
准备:为类变量分配内存并设置类变量初始值
解析:把类中的符号引用转换为直接引用
初始化:对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
使用:JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码
卸载:当用户程序代码执行完毕后，JVM便开始销毁创建的Class对象。
对象什么时候可以被垃圾器回收
如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收器回收。
引用计数法
一个对象被引用了一次，在当前的对象头上递增一次引用次数，如果这个对象的引用次数为0，代表这个对象可回收
当对象间出现了循环引用的话，则引用计数法就会失效
循环引用，会引发内存泄露
可达性分析算法
现在的虚拟机采用的都是通过可达性分析算法来确定哪些内容是垃圾。
X,Y这两个节点是可回收的
Java 虚拟机中的垃圾回收器采用可达性分析来探索所有存活的对象
扫描堆中的对象，看是否能够沿着 GC Root 对象 为起点的引用链找到该对象，找不到，表示可以回收
哪些对象可以作为 GC Root ?
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（即一般说的 Native 方法）引用的对象
JVM 垃圾回收算法有哪些？
标记清除算法：垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除,效率高,有磁盘碎片，内存不连续
标记整理算法：标记清除算法一样，将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，无碎片，对象需要移动，效率低
复制算法：将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块,正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收;无碎片，内存使用率低
说一下JVM中的分代回收
在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】
对于新生代，内部又被分为了三个区域。
伊甸园区Eden，新生的对象都分配到这里
幸存者区survivor(分成from和to)
Eden区，from区，to区【8：1：1】
新创建的对象，都会先分配到eden区
当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象
将存活对象采用复制算法复制到to中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放
经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域to区存活的对象，将其复制到from区
当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会提前晋升）
MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的区别是什么
MinorGC【young GC】发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）
Mixed GC 新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有
FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免
STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成
说一下JVM有哪些垃圾回收器？
串行垃圾收集器
Serial 作用于新生代，采用复制算法
Serial Old 作用于老年代，采用标记-整理算法
垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。
并行垃圾收集器
Parallel New作用于新生代，采用复制算法
Parallel Old作用于老年代，采用标记-整理算法
垃圾回收时，多个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。
CMS（并发）垃圾收集器
是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，该回收器是针对老年代垃圾回收的，是一款以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，停顿时间短，用户体验就好。其最大特点是在进行垃圾回收时，应用仍然能正常运行。
G1垃圾收集器
作用在新生代和老年代
详细聊一下G1垃圾回收器
应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用G1
划分成多个区域，每个区域都可以充当 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 专为大对象准备
用复制算法
响应时间与吞吐量兼顾 分成三个阶段：新生代回收、并发标记、混合收集
如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象速度），会触发 Full GC
强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别
强引用：只要所有 GC Roots 能找到，就不会被回收
软引用：需要配合SoftReference使用，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
弱引用：需要配合WeakReference使用，只要进行了垃圾回收，就会把弱引用对象回收
虚引用：必须配合引用队列使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存
JVM 调优的参数可以在哪里设置参数值
war包部署在tomcat中设置
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh文件
jar包部署在启动参数设置
java -Xms512m -Xmx1024m -jar xxxx.jar
JVM 调优的参数都有哪些？
设置堆空间大小
-Xms：设置堆的初始化大小
-Xmx：设置堆的最大大小
-Xms:1024
-Xms:1024k
-Xms:1024m
-Xms:1g
不指定单位默认为字节
指定单位，按照指定的单位设置
堆空间设置多少合适？
最大大小的默认值是物理内存的1/4，初始大小是物理内存的1/64
堆太小，可能会频繁的导致年轻代和老年代的垃圾回收，会产生stw，暂停用户线程
堆内存大肯定是好的，存在风险，假如发生了fullgc,它会扫描整个堆空间，暂停用户线程的时间长
设置参考推荐：尽量大，也要考察一下当前计算机其他程序的内存使用情况
虚拟机栈的设置
虚拟机栈的设置：每个线程默认会开启1M的内存，用于存放栈帧、调用参数、局部变量等，但一般256K就够用。通常减少每个线程的堆栈，可以产生更多的线程，但这实际上还受限于操作系统。
-Xss 对每个线程stack大小的调整,-Xss128k
年轻代中Eden区和两个Survivor区的大小比例
设置年轻代中Eden区和两个Survivor区的大小比例。该值如果不设置，则默认比例为8:1:1。通过增大Eden区的大小，来减少YGC发生的次数，但有时我们发现，虽然次数减少了，但Eden区满的时候，由于占用的空间较大，导致释放缓慢，此时STW的时间较长，因此需要按照程序情况去调优。
-XXSurvivorRatio=8 //表示年轻代中的分配比率：survivor:eden = 2:8
年轻代晋升老年代阈值
-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
默认为15
取值范围0-15
设置垃圾回收收集器
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC
-XX:+UseG1GC
说一下 JVM 调优的工具？
jps
进程状态信息
jstack
jstack [option]
查看java进程内线程的堆栈信息
jmap
用于生成堆转内存快照、内存使用情况
jmap -heap pid 显示Java堆的信息
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof pid
format=b表示以hprof二进制格式转储Java堆的内存
file=
它是一个进程或系统在某一给定的时间的快照。比如在进程崩溃时，甚至是任何时候，我们都可以通过工具将系统或某进程的内存备份出来供调试分析用。dump文件中包含了程序运行的模块信息、线程信息、堆栈调用信息、异常信息等数据，方便系统技术人员进行错误排查。
jstat
是JVM统计监测工具。可以用来显示垃圾回收信息、类加载信息、新生代统计信息等。
总结垃圾回收统计
jstat -gcutil pid
垃圾回收统计
jstat -gc pid
jconsole
用于对jvm的内存，线程，类 的监控，是一个基于 jmx 的 GUI 性能监控工具
打开方式：java 安装目录 bin目录下 直接启动 jconsole.exe 就行
VisualVM
能够监控线程，内存情况，查看方法的CPU时间和内存中的对 象，已被GC的对象，反向查看分配的堆栈
打开方式：java 安装目录 bin目录下 直接启动 jvisualvm.exe就行
Java内存泄露的排查思路？
内存泄漏通常是指堆内存，通常是指一些大对象不被回收的情况
1、通过jmap或设置jvm参数获取堆内存快照dump
2、通过工具， VisualVM去分析dump文件，VisualVM可以加载离线的dump文件
3、通过查看堆信息的情况，可以大概定位内存溢出是哪行代码出了问题
4、找到对应的代码，通过阅读上下文的情况，进行修复即可
CPU飙高排查方案与思路？
1.使用top命令查看占用cpu的情况
2.通过top命令查看后，可以查看是哪一个进程占用cpu较高
3.使用ps命令查看进程中的线程信息
4.使用jstack命令查看进程中哪些线程出现了问题，最终定位问题