JVM面试总结

JVM面试思考准备

jvm体系总体分四大块：

1.类的加载机制
2.jvm内存结构
3.GC算法 垃圾回收
4.GC分析 命令调优

一、类的加载机制

1.什么是类的加载
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆 区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
2.类的生命周期
1.加载，查找并加载类的二进制数据，在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象
2.连接，连接又包含三块内容：验证、准备、初始化。1）验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；2）准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；3）解析，把类中的符号引用转换 为直接引用
3.初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值
4.使用，new出对象程序中使用
5.卸载，执行垃圾回收
3.类加载器
1.启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库
2.扩展类加载器：Extension ClassLoader，该加载器由sun.misc.LauncherKaTeX parse error: Expected 'EOF', got '\jre' at position 25: …oader实现，它负责加载DK\̲j̲r̲e̲\lib\ext目录中，或者由…AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器
4. 用户自定义类加载器，通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现。
4.双亲委派模型
当一个类收到了类加载请求时，不会自己先去加载这个类，而是将其委派给父类，由父类去加载，如果此时父类不能加载，反馈给子类，由子类去完成类的加载。
自底向上的检查，自顶向下的加载
注意双亲委派模式的问题：无法识别应用程序类加载器中的类 解决方案：设置一个上下文加载器角色解决
5.类加载机制
1.全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入
2.父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
3.缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成 Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效

二、jvm内存结构 jvm内存模式图

1.方法区和对是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。
2.Java堆（Heap）,是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内 存。
3.方法区（Method Area）,方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。 在Java 8里已被废除了，被元空间取代；
4.程序计数器（Program Counter Register）,程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
5.JVM栈（JVM Stacks）,与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会 同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
6.本地方法栈（Native Method Stacks）,本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为 虚拟机使用到的Native方法服务。
如和判断一个对象是否存活?(或者GC对象的判定方法)
判断一个对象是否存活有两种方法:

1. 引用计数法
   所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死 对象”,将会被垃圾回收.
   引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题，也就是说当对象A引用对象B，对象B又引用者对象A，那么此时A,B对象的引用计数器都不为零，也就造成无法完成垃圾回收，所以主流的虚拟机都没有采用 这种算法。
   2.可达性算法(引用链法)
   该算法的思想是：从一个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。
   在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种:
   虚拟机栈中引用的对象
   方法区类静态属性引用的对象
   方法区常量池引用的对象
   本地方法栈JNI引用的对象
   虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收，但是当满足上述条件时，一个对象比不一定会被回收。当一个对象不可达GC Root时，这个对象并
   不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收需要经历两次标记
   如果对象在可达性分析中没有与GC Root的引用链，那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为 是没必要的。
   如果该对象有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为F-Queue的对队列中，虚拟机会触发一个Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是因为如果 finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会造成F-Queue队列一直等待，造成了内存回收系统的崩溃。GC对处于F-Queue中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。
   注意：
   可以通过覆盖finalize方法来实现对象的“自救”，避免在标记后被回收，但通常不建议这么做；
   对象的引用类型可分为：强引用、软引用（在内存溢出前会将这种类型的对象进行第二次回收）、弱引用（弱引用对象只能生存到下次垃圾回收之前）、虚引用（不会对生存时间存在影响，也无法通过它获取 对象，主要目的就是在回收时收到一个系统通知）；
   对象分配规则
   1.对象优先分配在Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC。
   2.大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）。
   3.长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器，如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区，之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1，知道达到阀值对象进入老年 区。
   4.动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。
   5.空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果true则只 进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

三、GC算法

GC最基础的算法有三种：标记 -清除算法、复制算法、标记-压缩算法，我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。
1.标记 -清除算法，“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
2.复制算法，“复制”（Copying）的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内 存空间一次清理掉。
3.标记-压缩算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
4.分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
垃圾回收器
1.Serial收集器，串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。
2.ParNew收集器，ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
3.Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
4.Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法
5.CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
6.G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征 一款面向服务端应用的垃圾收集器，后续会替换掉CMS垃圾收集器；
并行与并发（充分利用多核多CPU缩短STW时间）
分代收集（独立管理整个Java堆，但针对不同年龄的对象采取不同的策略）
空间整合（局部看是基于复制算法，从整体来看是基于标记-整理算法，都不会产生内存碎片）
可预测的停顿（可以明确指定在一个长度为M毫秒的时间片内垃圾收集不会超过N毫秒）
G1收集器的原理：

四、 调优命令

Sun JDK 监控和故障处理命令有 jps jstat jmap jhat jstack jinfo
jstack 可以看当前栈的情况， jmap 查看内存， jhat 进行 dump 堆的信息
1.jps ， JVM Process Status Tool, 显示指定系统内所有的 HotSpot 虚拟机进程。
2.jstat ， JVM statistics Monitoring 是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、 JIT 编译等运行数据。
3.jmap ， JVM Memory Map 命令用于生成 heap dump 文件
4.jhat ， JVM Heap Analysis Tool 命令是与 jmap 搭配使用，用来分析 jmap 生成的 dump ， jhat 内置了一个微型的 HTTP/HTML 服务器，生成 dump 的分析结果后，可以在浏览器中查看
5.jstack ，用于生成 java 虚拟机当前时刻的线程快照。
6.jinfo ， JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。
调优工具和性能分析工具
一定要设置将发生 OOM 的时候的堆内存 Dump 出来
常用调优工具分为两类 ,jdk 自带监控工具： jconsole 和 jvisualvm ，第三方有： MAT(Memory Analyzer Tool) 、 GChisto 。
1.jconsole ， Java Monitoring and Management Console 是从 java5 开始，在 JDK 中自带的 java 监控和管理控制台，用于对 JVM 中内存，线程和类等的监控
2.jvisualvm ， jdk 自带全能工具，可以分析内存快照、线程快照；监控内存变化、 GC 变化等。
3.MAT ， Memory Analyzer Tool ，一个基于 Eclipse 的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的 Java heap 分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗
4.GChisto ，一款专业分析 gc 日志的工具
java 内存模型
java 内存模型 (JMM) 是线程间通信的控制机制 .JMM 定义了主内存和线程之间抽象关系。线程之间的共享变量存储在主内存（ main memory ）中，每个线程都有一个私有的本地内存（ local memory ），本地内存中
存储了该线程以读 / 写共享变量的副本。本地内存是 JMM 的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。 Java 内存模型的抽象示意图如下：

从上图来看，线程 A 与线程 B 之间如要通信的话，必须要经历下面 2 个步骤：

1. 首先，线程 A 把本地内存 A 中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
2. 然后，线程 B 到主内存中去读取线程 A 之前已更新过的共享变量。
   注意：指令重排序的过程，导致线程内部是顺序执行的，在外部看来顺序会混乱
   指令重排序，内存栅栏等
   指令重排序：编译器或运行时环境为了优化程序性能而采取的对指令进行重新排序执行的一种手段。在单线程程序中，对存在控制依赖的操作重排序，不会改变执行结果；但在多线程程序中，对存在控制依赖的操
   作重排序，可能会改变程序的执行结果。
   SafePoint 是什么
   比如 GC 的时候必须要等到 Java 线程都进入到 safepoint 的时候 VMThread 才能开始执行 GC ，
   循环的末尾 ( 防止大循环的时候一直不进入 safepoint ，而其他线程在等待它进入 safepoint)
   方法返回前
   调用方法的 call 之后
   抛出异常的位置
   你知道哪些 JVM 性能调优
   设定堆最小内存大小 -Xms
   -Xmx ：堆内存最大限制。
   设定新生代大小。
   新生代不宜太小，否则会有大量对象涌入老年代
   -XX:NewSize ：新生代大小
   -XX:NewRatio 新生代和老生代占比
   -XX:SurvivorRatio ：伊甸园空间和幸存者空间的占比
   设定垃圾回收器
   年轻代用 -XX:+UseParNewGC （串行） 年老代用 -XX:+UseConcMarkSweepGC （ CMS ）
   设定锁的使用
   多线程下关闭偏向锁，比较浪费资源
   g1 和 cms 区别 , 吞吐量优先和响应优先的垃圾收集器选择
   CMS 是一种以最短停顿时间为目标的收集器
   响应优先选择 CMS, 吞吐量高选择 G1
   当出现了内存溢出，你怎么排错
   用 jmap 看内存情况，然后用 jstack 主要用来查看某个 Java 进程内的线程堆栈信息
   然后看报错的信息信息定位发生 OOM 的位置：堆， java 虚拟机栈，永久区，直接内存
   然后根据具体的问题提出具体的解决方案
   JVM 的一些参数设定：
   
   JVM 调优：
   
   偏向锁：