【JVM常见面试题】

JVM常见面试题

1.什么是JVM

• JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）是用于运行 Java 字节码的虚拟机进程。它是 Java 实现跨平台能力的核心，能够将 Java 程序编译为与平台无关的字节码，并根据操作系统将其转换为可直接执行的机器码。JVM 负责管理应用程序的内存，包括内存分配和垃圾回收，确保程序的高效运行。

2.JVM的内存模型

• 方法区：存放已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据，是线程共享区域。
• 堆：存放对象的实例和数组，线程共享，是垃圾回收的主要区域。
• 虚拟机栈：每个线程都有自己的虚拟机栈，属于线程私有的内存区域。当线程执行一个方法时，会在栈中压入一个栈帧。每个栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息。
• 本地方法栈：服务于本地方法调用，类似于java虚拟机栈，但服务的是Native方法。
• 程序计数器：跟踪当前线程的字节码指令，每个线程都有自己独立的程序计数器，用于保存下一条要执行指令的地址。

3.类的加载过程

• 加载：读取.class文件数据到内存，创建class对象
• 链接：
  • 验证：确保类文件的字节码符合JVM规范，保证安全性。
  • 准备：为静态变量分配内存，将其初始化为默认值。
  • 解析：将常量池中的符号引用转换为直接引用。
• 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化。

4.有哪些类加载器？

• 类加载器（ClassLoader）是负责将字节码文件加载到JVM的模块。主要包括以下几类：
  • 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），主要加载java核心类库（通常是jre目录下的lib目录）,它是整个类加载系统的根加载器。位于其他所有类加载器之上。
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader），主要加载java的扩展库（jre目录下lib目录下的ext中的文件），位于启动类加载器和应用程序类加载器之间。
  • 应用程序类加载器（Application ClassLoader），也被称为系统类加载器，主要负责加载位于classpath路径下的所有类和jar文件，包括用户编写的类和依赖的第三方库。
  • 自定义类加载器，通过继承ClassLoader来实现自定义加载逻辑。

5.什么是双亲委派

• 双亲委派是一种类加载机制，其中类加载器尝试加载类时，首先会委派给父类加载器尝试加载，直到最顶层的启动类加载器。如果父类加载器无法加载该类，子类才会尝试自行加载。这种模式保证了java核心库的类型安全，避免了类的重复加载。

6.堆和栈的区别

• 堆（Heap）：动态分配内存，存储对象的实例。生命周期较长，由垃圾回收期管理，线程共享。
• 栈（Stack）：存储局部变量和方法调用，生命周期较短，随方法的执行开始和结束。每个线程拥有自己的栈。

7.如何判断对象可以被回收

• 引用计数法：给对象添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器加一，引用失效时计数器减一，当计数器值为0时，对象不再被使用，执行垃圾回收时，即可被回收。有个缺点就是循环引用问题，引用计数法无法处理对象之间的循环引用，例如A引用B，B引用A，这种情况下，引用计数器不会为0，导致内存泄漏。
• 可达性分析算法：从一系列的根对象（GC Roots）开始向下搜索，搜索所经过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，即证明该对象不再被使用，执行垃圾回收时，即可被回收。

8.你知道有哪些垃圾回收算法？

• 标记-清除：先标记出所有要回收的对象，然后统一清除这些对象。优点：实现简单。缺点：会产生大量的内存碎片，影响大对象分配。
• 复制：将内存划分为两部分，每次只使用其中一部分，执行垃圾回收时，将正在使用的内存中活动的对象复制另一块未被使用的内存中，然后清除正在使用的内存中所有的对象。优点：效率高，没有内存碎片，适合新生代。缺点：内存利用率低。
• 标记-整理：首先标记出所有的存活对象，然后将这些对象移动到内存的一端， 最后清除边界外的对象。优点：相比标记清除，标记整理解决了内存碎片问题。缺点：移动对象成本较高，效率低于复制算法。
• 分代回收算法：将堆内存分为新生代和老年代，新生代采用复制算法，老年代采用标记整理或标记清除。新生代包括一个伊甸园区（Eden）和两个幸存者区（Survivor From 和 To），新生代中的对象大部分都是朝生夕死，生命周期较短。新创建的对象一般都会被分配在新生代中的伊甸园区中，当伊甸园区内存不足时会执行Minor GC,通过可达性分析算法找到存活的对象，复制到幸存者To区，清除伊甸园区不再被引用的对象，幸存者To和幸存者From交换（就是From变成To,To变成From），同时对象的年龄加一，当伊甸园区内存再次不足时，会再次根据可达性分析算法找到存活的对象，将伊甸园区和幸存者From中存活的对象复制到幸存者To中，清除伊甸园区和幸存者From中的垃圾对象，再将幸存者To和幸存者From进行交换。同时对象年龄加一，当年龄超过一定阈值时（默认是15次），将被晋升到老年代。老年代中存放的就是在新生代中经过多次垃圾回收依然存活的对象（不过也有特殊情况，如果新生代中没有足够的空间来存放一个较大的对象，这些对象会被直接分配到老年代）。当老年代空间不足是时，会执行Full GC。

9.什么是永久代

• 永久代是JVM内存模型中的一部分，用于存储类的元数据，静态变量，常量池方法信息。在jdk8及以后，被元空间取代，原因：永久代固定大小，容易引发OOM，而元空间在本地内存中分配，动态调整大小，元空间将类的元数据存放在堆外内存，降低了GC压力。

10.什么是STW

• Stop The World（STW），指的是垃圾收集过程中，虚拟机暂停所有应用线程的执行，以确保在清理内存时不会有新的数据改动。保证垃圾收集的安全性和一致性，STW是收集过程中的一部分，影响程序的暂停时间。

11.JVM的主要组成部分

• 类加载器：负责加载类文件
• 运行时数据区：包括堆、方法区、程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。
• 执行引擎：执行类文件中的指令。
• 本地库接口：连接和管理本地库（Native Library），允许java调用本地引用程序和库。
• 垃圾收集器：管理和回收内存。

12.什么是内存泄漏？

• 内存泄漏是指程序中已被分配的内存由于某种原因未能释放，导致随着程序运行时间的增长，越来越多的内存无法被使用，导致可用内存逐渐减少，最终可能导致程序性能下降或崩溃的现象。

13.常用的JVM垃圾回收器有哪些？

• Serial GC (串行垃圾回收器)
  • 特点：单线程工作，适用于单核或者低内存环境
  • 适用场景：适合小型应用或不需要高并发的场景
  • 使用方法：-XX:+UseSerialGC
• Parallel GC (并行垃圾回收器)
  • 特点：多线程垃圾回收，注重吞吐量
  • 适用场景：适合CPU资源较多、要求高吞吐量的场景
  • 使用方法：-XX:+UseParallelGC (JDK8默认)
• CMS GC （Concurrent Mark-Sweep）
  • 特点：采用标记-清除算法，可以再应用运行期间并发进行回收，减少停顿时间
  • 适用场景：适合对响应有较高要求的应用
  • 使用方法：-XX:+UseConcMarkSweepGC
  • 缺点：在回收碎片时可能会产生Full GC ,并且会消耗较多CPU资源
• G1 GC （Garbage-First）
  • 特点：分区分代管理内存，优先回收垃圾最多的区域，以达到高效回收和低停顿的效果
  • 适用场景：适合大型内存应用，能均衡停顿时间和吞吐量
  • 使用方法：-XX:+UseG1GC (默认在JDK9及以上版本)

14.常用的JVM调优参数有哪些？

• 堆设置：
  • -Xms：设置堆的初始大小
  • -Xmx：设置堆的最大大小
  • -Xmn：设置新生代大小（对于Parallel GC）
• 垃圾收集器设置：
  • -XX:+UseSerialGC
  • -XX:+UseParallelGC
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC
  • -XX:+UseG1GC
• 性能优化：
  • -XX:SurvivorRatio：设置Eden区和Survivor区的大小比例
  • -XX:NewRatio：设置老年代与新生代的堆空间比例
  • -XX:MaxPermSize：设置永久代最大空间（java8之前）
  • -XX:MetaspaceSize：设置元空间初始大小（java8及以后）
  • -XX:UseStringDeduplication：开启G1垃圾收集器的字符串去重功能
• 调试和监控：
  • -XX:+PrintGCDetails：打印垃圾回收的详细信息
  • -XX:+PrintGCDateStamps：在垃圾收集日志中添加时间戳
  • -Xloggc:<filename>：将垃圾回收日志写入文件
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError ：在内存溢出时生成堆快照文件
  • -XX:HeapDumpPath=/path/to/directory/heapdump.hprof：将生成的堆快照文件保存到指定的路径和文件名中

15. Minor GC 、Major GC、Full GC三者区别及触发条件？

• Minor GC：清理新生代的垃圾，触发条件：当新生代空间不足时触发，即新生成的对象填满新生代的Eden区时。
• Major GC：主要针对老年代的垃圾收集过程，速度比Minor GC 慢。触发条件：老年代空间不足时触发，或者在Minor GC 后存活对象转移到老年代填满可用空间时。
• Full GC：对整个堆以及方法区的垃圾回收，是最耗时的GC，会造成较长时间的停顿。触发条件：调用System.gc()，老年代空间不足时，方法区空间不足时，极少数情况下通过 JNI 分配大量堆外内存导致堆外内存不足时，也可能触发 Full GC。

16.JVM中都有哪些引用类型？

• 强引用（Strong Reference）：普通的对象引用，只要强引用还存在，垃圾回收器就不会回收被引用的对象。Object obj = new Object();
• 软引用（Soft Reference）：通过SoftRefReference类实现，在垃圾回收中，只有当内存不足时，才会尝试回收软引用指向的对象。适合用来实现内存敏感的缓存。SoftReference softRef = new SoftReference<>(new Object());
• 弱引用（Weak Reference）：通过WeakReference类实现，比软引用更弱，JVM 每次进行垃圾回收时，都会回收弱引用指向的对象，无论内存是否紧张。适合用来存储那些偶尔需要但并非必须的对象。WeakReference weakRef = new WeakReference<>(new Object());
• 虚引用（Phantom Reference）：通过 PhantomReference 类实现，最弱的一种引用关系，不会决定对象的生命周期，只是用来跟踪对象的回收状态，必须与引用队列（ReferenceQueue）联合使用。
  • ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();
  • PhantomReference phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue);