面试专题之——JVM

谈谈你对java的理解

1、它是一种面向对象语言，它的特性有：封装、继承、多态、泛型、lambda
2、支持跨平台，编译成.class文件后，再由jvm虚拟机翻译运行
3、垃圾回收器，程序员不用过多关注内存分配和回收

JVM架构是怎么样的？

1、ClassLoader类加载器子系统：加载（双亲委派）、连接、初始化
2、RuntimeData运行时数据区：方法区、堆区、栈区(虚拟机栈)、本地方法栈、寄存器栈
3、ExecutionEngine执行引擎：解释器、编译器、垃圾回收器
4、NativeInterface：本地方法的接口

java8内存模型（运行时数据区）：虚拟机栈、本地方法栈、寄存器栈、堆区、方法区
线程私有：虚拟机栈、本地方法栈、寄存器栈
线程共享：堆区、方法区

什么是反射？

在运行的时候，通过类加载器ClassLoder加载.class字节码文件到内存中生成Class对象，然后可以任意获取它的属性和方法，并且对任意对象都能调用它的任意方法和属性

什么是Classloader？

Classloader在java中有非常重要的作用，它主要工作在Class的加载阶段，主要作用是获取Class二进制数据流然后交给jvm虚拟机进行加载、连接、初始化等操作，所有的Class都是由它加载的

什么情况下要开始类的加载？

1、在创建类、获取以及设置静态变量、调用静态方法时加载类

2、对类进行反射调用时

3、初始化一个类时，它的父类还没初始化

4、创建虚拟机时，虚拟机会自动创建main方法所在的类

类加载器的分类有哪些？

Bootstarp ClassLoder：根类加载器，负责java核心类的加载，例如System、String等

Extension ClassLoder：扩展类加载器，负责jar包的加载

System ClassLoder：系统类加载器，负责jvm启动时，把环境变量目录中的类库加载到内存中

Custom ClassLoader：自定义类加载器

它们依次向下继承

什么是类加载器的双亲委派机制？

首先从底向上查询是否加载类（cust > sys > ext > boot），已经加载了就不加载了直接返回，没加载就从上向下加载，依次为：Bootstarp Classloder > Extension ClassLoder > System ClassLoder

为什么要用双亲委派机制去加载类？

避免重复的加载类

类的加载过程是怎么样的？

加载：通过ClassLoder类加载器加载class字节码文件，生成Class对象存放在方法区中
连接：检查class的正确性和安全性、为变量分配空间设置初始值、将常量池中的符号引用转换为直接引用
初始化：执行类变量赋值和静态代码块

LoadClass（getClassLoader获得）和forName的区别

LoadClass是只加载了的类
forName是 加载 连接 初始化 过的类

什么是永久代和元空间，它们的区别是什么？

元空间与永久代：元空间与永久代其实都是方法区的实现，jdk1.7把字符串常量池从方法区移动到了堆中，并且1.8之后元空间替代了永久代，此时常量池存放在元空间中

它们的区别：
1、元空间使用本地内存，而永久代用jvm内存，解决了空间不足的问题
2、字符串常量池在永久代中，容易出现性能问题、内存溢出
3、类和方法的信息大小难确定，不好给永久代指定大小
4、永久代给GC带来了麻烦，回收效率低，因为老年代和永久代无论谁满了，它们一起进行垃圾清理，影响性能，而元空间用本地内存，快用完了不会触发GC

jvm三大性能调优参数-Xms -Xmx -Xss的含义：
-Xss：规定了每个线程虚拟机栈的大小，一半256k够了，影响并发线程数的大小
-Xms：初始堆的大小，如果对象容量超过了这个，那么会根据-Xmx大小扩容
-Xmx：堆能扩展到的最大值，一半-Xms和-Xmx设置成一样，因为在扩容的时候会内存的抖动，影响程序运行

堆和栈有哪些区别？

管理方式：栈自动释放，堆需要GC垃圾回收
空间大小：栈比堆小
碎片相关：栈产生的碎片远小于堆
分配方式：栈能静态分配也能动态分配，堆只能动态分配
效率：栈的效率更高

不同版本之间intern方法有哪些区别？

1.6以及之前：会拷贝一份字符串到常量池中
1.7以及之后：会把在堆内存中的字符串地址拷贝到常量池中

GC垃圾回收机制

对象被判定为垃圾的标准：没有被其他对象引用

如何判断没有被引用？

1、引用计数算法
2、可达性分析算法

引用计数算法：
1、通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
2、每个对象实例都有一个引用计数器，被引用+1，用完-1
3、任何引用计数为0的对象实例可以被当作垃圾收集

优点：执行效率高，程序执行受执行影响小
缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏。比如：实例A有一个成员变量引用了实例B，实例B又反过来引用了A，那么这两个对象永远不会被垃圾收集了

可达性分析算法：通过判断对象的引用链是否可达决定是否被回收，引用链从GC Root开始向下判断可达性
可作为GC Root的对象：
1、虚拟机栈中引用的对象，比如：在方法中创建一个对象赋值给局部变量，在局部变量没被销毁之前，这个对象为GC Root
2、方法区中的常量引用对象，比如：在类中定义一个常量，保存的是某个对象的地址，那么这个对象为GC Root
3、方法区中的类静态属性引用的对象，和常量差不多
4、本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象
5、活跃线程的引用对象

垃圾回收算法有哪些？

1、标记-清除算法：
标记：从根节点（GC Root）进行扫描，对存活的对象进行标记
清除：从堆内存从头到尾进行线性遍历，回收被标记不可达的对象内存
缺点：产生很多内存碎片

2、复制算法：分为对象面和空闲面，对象在对象面上创建，当对象面快用完了，就把存活的对象复制到空闲面，然后把对象面所有对象清除。
这种算法适用在对象存活率低的地方，适用于年轻代，因为每次复制的对象少，这样可以解决内存碎片化的问题
优点：顺序分配内存，简单高效

3、标记-整理算法：适用于老年代这种存活率高的场景
标记：和标记-清除算法一样
清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址依次排序，最后一个存活对象的最后一个地址之后的内存全部回收
与标记-清除算法区别：在清除的时候进行整理，成本更高，但是解决了内存碎片化问题，适合用在老年代
优点：不需要像复制算法那样设置两个内存互换

4、分代收集算法：它是垃圾回收算法的组合拳，按照对象生命周期的不同，划分区域采用不同的垃圾回收算法
年轻代：尽可能快速收集生命周期短的对象
老年代：存放生命周期较长的对象

GC的分类有哪些？什么是年轻代？什么是老年代？

​ Minor GC：用在年轻代
​ Full GC：用在老年代

年轻代：它默认占1/3堆空间，分为一个Eden区（默认8/10），和两个Survivor区（默认一个1/10）。
年轻代垃圾回收机制：采用复制算法
1、对象刚创建出来放在Eden区，当Eden区满了就调用Minor GC，把存活的对象年龄+1并且复制到一块Survivor区，把Eden区清空
2、Eden再次满了，就把Eden区存活的对象和之前存活的对象一起放进另一个Survivor区，年龄继续+1，剩下两个区域再次清空
3、当对象年龄到达某个值时，放到老年代中，默认是15，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold修改这个值，不过不是绝对的，对于需要分配较大连续内存的对象，并且年轻代装不下，那么直接放进老年代

对象如何晋升到老年代：
1、经历一定数量的Minor GC次数依然存活的对象，默认15次
2、Survivor区放不下的对象
3、新生成的大对象，这个值可以根据-XX:PretenuerSizeThreshold设置

常用性能调优参数
-XX:SurvivorRatio：设置Eden和Survivor的比值，默认8：1
-XX:NewRatio：老年代和年轻代内存大小的比例，值为2代表老年代是年轻代的两倍
-XX:MaxTenuringThreshold：从年轻代晋升到老年代的年龄大小，也就是GC次数的大小

老年代：它默认占用2/3堆空间，它通过标记-清理、标记-整理算法回收垃圾，调用Full GC，只要调用就清理整个堆内存，包括年轻代
Full GC与Minor GC区别：
1、Full GC清理整个堆内存，Minor GC清理年轻代，所以Full GC更慢
2、因为老年代对象不容易死掉，所以调用的不频繁

触发Full GC的条件：
1、老年代空间不足
2、JDK1.7以及之前永久代空间不足
3、调用System.gc()，但调用了也不一定垃圾收集，垃圾收集还是由JVM管理
4、Minor GC要晋升到老年代的对象大小超过了老年代所剩空间

JVM的两种运行模式是哪两种？

Server：启动较慢，但启动完成进入稳定期后，它的速度更快，因为采用的重量级虚拟机，优化更多
Client：启动较快

可以用java -version查询

常用垃圾收集器有哪些？

年轻代常用垃圾收集器：

Serial收集器：-XX:+UseSerialGC

​ 1、采用复制算法
​ 2、单线程收集，进行垃圾收集时必须暂停所有工作线程
​ 3、简单高效，Client模式下默认年轻代收集器

ParNew收集器：-XX:+UseParNewGC

​ 1、采用复制算法
​ 2、多线程收集，其他和Serial收集器一样
​ 3、单核执行效率不如Serial，在多核CPU下执行才有优势，默认开启线程数量和cpu核数相同

Parallel Scavenge收集器：-XX:+UseParallelGC

​ 1、采用复制算法
​ 2、更关注系统的吞吐量，而不是用户线程停顿时间。吞吐量：用户代码运行时间占总运行时间的占比，总运行时间加上垃圾收集停顿时间
​ 3、更佳适合后台运算多，交互任务少的时候，高吞吐量则可以最高效率的利用CPU时间,尽快的完成程序的运算任务
​ 4、在多核下更有优势，它也是Server模式下默认垃圾收集器
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：内存调优任务交给JVM自动调优

老年代常用垃圾收集器：

serial Old收集器：-XX:+UseSerialOldGC

​ 1、采用标记-整理算法
​ 2、单线程收集，收集的时候暂停所有工作线程
​ 3、简单高效，Client模式下默认收集器

parallel Old收集器：-XX:+UseParallelOldGC

​ 1、采用标记-整理算法
​ 2、多线程，吞吐量优先

CMS收集器：-XX:UseConcMarkSweepGC

​ 1、采用标记-清除算法
​ 2、适合硬件配置好的时候，它尽可能缩短收集停顿时间，如果有很多对象存活时间长也适合用它
执行过程：

1、初始标记 CMS initial mark 标记GC Root直接关联到的对象， 需暂停用户线程 – ->速度很快
2、并发标记 CMS concurrent mark 从GC Root进行可达性分析，找出存活的对象，与用户线程并发执行
3、重新标记 CMS remark 修改并发标记，标记出用户程序在并发标记时变动的内容 ，需暂停用户线程 – ->速度很快
4、并发清除 CMS concurrent sweep

优点：并发收集、低停顿（停顿时间短）
缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

Garbage First收集器（G1收集器）：-XX:+UseG1GC

​ 1、采用复制 + 标记-整理算法
​ 2、适用多个cpu并发执行，减少用户停顿时间
​ 3、分代收集
​ 4、空间整合（标记整理算法）
​ 5、可预测的停顿

执行原理：

​ 1、将整个Java堆内存划分成多个大小相等的独立区域Region
​ 2、年轻代和老年代不在物理隔离，它们都是一部分Region的集合

执行过程：

1、初始标记（Initial Marking） 标记一下GC Root能够关联的对象，需要暂停用户线程
2、并发标记（Concurrent Marking） 从GC Root进行可达性分析，找出存活的对象，与用户线程并发执行
3、最终标记（Final Marking） 修正在并发标记阶段因为用户程序的并发执行导致变动的数据，需暂停用户线程
4、筛选回收（Live Data Counting and Evacuation） 对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间制定回收计划

优点：

1、保留了逻辑上的分代收集概念
2、空间整合（整体上属于“标记-整理”算法，不会导致空间碎片）
3、可预测的停顿（比CMS更先进的地方在于能让使用者明确指定一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒）

Object的Finalize()方法的作用是否与C++的析构函数作用相同？

finalize()作用：当对象被回收时调用

​ 1、与C++的析构函数不同，析构函数调用确定，而它是不确定的，因为在调用finalize时不确定执行顺序
​ 2、方法执行时随时可能被终止
​ 3、给予对象最后一次重生的机会，只会调用一次

强引用、软引用、弱引用、虚引用：

强引用：从来不会被回收
软引用：内存不足时回收
弱引用：只要垃圾回收就回收
虚引用：未知，昙花一现，生命很短