JVM常見面試題決議

前言

總結了JVM一些經典面試題，分享出我自己的解題思路，希望對大家有幫助，有哪里你覺得不正確的話，歡迎指出，后續有慷訓更新，

1.什么情況下會發生堆疊記憶體溢位，

思路： 描述堆疊定義，再描述為什么會溢位，再說明一下相關配置引數，OK的話可以給面試官手寫是一個堆疊溢位的demo，

我的答案：

• 堆疊是執行緒私有的，他的生命周期與執行緒相同，每個方法在執行的時候都會創建一個堆疊幀，用來存盤區域變數表，運算元堆疊，動態鏈接，方法出口等資訊，區域變數表又包含基本資料型別，物件參考型別
• 如果執行緒請求的堆疊深度大于虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError例外，方法遞回呼叫產生這種結果，
• 如果Java虛擬機堆疊可以動態擴展，并且擴展的動作已經嘗試過，但是無法申請到足夠的記憶體去完成擴展，或者在新建立執行緒的時候沒有足夠的記憶體去創建對應的虛擬機堆疊，那么Java虛擬機將拋出一個OutOfMemory 例外，(執行緒啟動過多)
• 引數 -Xss 去調整JVM堆疊的大小

2.詳解JVM記憶體模型

思路： 給面試官畫一下JVM記憶體模型圖，并描述每個模塊的定義，作用，以及可能會存在的問題，如堆疊溢位等，

我的答案：

• JVM記憶體結構

程式計數器：當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器，用于記錄正在執行的虛擬機位元組指令地址，執行緒私有，

Java虛擬堆疊：存放基本資料型別、物件的參考、方法出口等，執行緒私有，

Native方法堆疊：和虛擬堆疊相似，只不過它服務于Native方法，執行緒私有，

Java堆：java記憶體最大的一塊，所有物件實體、陣列都存放在java堆，GC回收的地方，執行緒共享，

方法區：存放已被加載的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯后的代碼資料等，（即永久帶），回收目標主要是常量池的回收和型別的卸載，各執行緒共享

3.JVM記憶體為什么要分成新生代，老年代，持久代，新生代中為什么要分為Eden和Survivor，

思路： 先講一下JAVA堆，新生代的劃分，再談談它們之間的轉化，相互之間一些引數的配置（如： –XX:NewRatio，–XX:SurvivorRatio等），再解釋為什么要這樣劃分，最好加一點自己的理解，

我的答案：

1）共享記憶體區劃分

• 共享記憶體區 = 持久帶 + 堆

• 持久帶 = 方法區 + 其他

• Java堆 = 老年代 + 新生代

• 新生代 = Eden + S0 + S1

2）一些引數的配置

• 默認的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ，可以通過引數 –XX:NewRatio 配置，
• 默認的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過引數 –XX:SurvivorRatio 來設定)
• Survivor區中的物件被復制次數為15(對應虛擬機引數 -XX:+MaxTenuringThreshold)

3)為什么要分為Eden和Survivor?為什么要設定兩個Survivor區？

• 如果沒有Survivor，Eden區每進行一次Minor GC，存活的物件就會被送到老年代，老年代很快被填滿，觸發Major GC.老年代的記憶體空間遠大于新生代，進行一次Full GC消耗的時間比Minor GC長得多,所以需要分為Eden和Survivor，
• Survivor的存在意義，就是減少被送到老年代的物件，進而減少Full GC的發生，Survivor的預篩選保證，只有經歷16次Minor GC還能在新生代中存活的物件，才會被送到老年代，
• 設定兩個Survivor區最大的好處就是解決了碎片化，剛剛新建的物件在Eden中，經歷一次Minor GC，Eden中的存活物件就會被移動到第一塊survivor space S0，Eden被清空；等Eden區再滿了，就再觸發一次Minor GC，Eden和S0中的存活物件又會被復制送入第二塊survivor space S1（這個程序非常重要，因為這種復制演算法保證了S1中來自S0和Eden兩部分的存活物件占用連續的記憶體空間，避免了碎片化的發生）

4. JVM中一次完整的GC流程是怎樣的，物件如何晉升到老年代

思路： 先描述一下Java堆記憶體劃分，再解釋Minor GC，Major GC，full GC，描述它們之間轉化流程，

我的答案：

• Java堆 = 老年代 + 新生代
• 新生代 = Eden + S0 + S1
• 當 Eden 區的空間滿了， Java虛擬機會觸發一次 Minor GC，以收集新生代的垃圾，存活下來的物件，則會轉移到 Survivor區，
• 大物件（需要大量連續記憶體空間的Java物件，如那種很長的字串）直接進入老年態；
• 如果物件在Eden出生，并經過第一次Minor GC后仍然存活，并且被Survivor容納的話，年齡設為1，每熬過一次Minor GC，年齡+1，若年齡超過一定限制（15），則被晉升到老年態，即長期存活的物件進入老年態，
• 老年代滿了而無法容納更多的物件，Minor GC 之后通常就會進行Full GC，Full GC 清理整個記憶體堆 – 包括年輕代和年老代，
• Major GC 發生在老年代的GC，清理老年區，經常會伴隨至少一次Minor GC，比Minor GC慢10倍以上，

5.你知道哪幾種垃圾收集器，各自的優缺點，重點講下cms和G1，包括原理，流程，優缺點，

思路： 一定要記住典型的垃圾收集器，尤其cms和G1，它們的原理與區別，涉及的垃圾回收演算法，

我的答案：

1）幾種垃圾收集器：

• Serial收集器： 單執行緒的收集器，收集垃圾時，必須stop the world，使用復制演算法，
• ParNew收集器： Serial收集器的多執行緒版本，也需要stop the world，復制演算法，
• Parallel Scavenge收集器： 新生代收集器，復制演算法的收集器，并發的多執行緒收集器，目標是達到一個可控的吞吐量，如果虛擬機總共運行100分鐘，其中垃圾花掉1分鐘，吞吐量就是99%，
• Serial Old收集器： 是Serial收集器的老年代版本，單執行緒收集器，使用標記整理演算法，
• Parallel Old收集器： 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多執行緒，標記-整理演算法，
• CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器： 是一種以獲得最短回收停頓時間為目標的收集器，標記清除演算法，運作程序：初始標記，并發標記，重新標記，并發清除，收集結束會產生大量空間碎片，
• G1收集器： 標記整理演算法實作，運作流程主要包括以下：初始標記，并發標記，最終標記，篩選標記，不會產生空間碎片，可以精確地控制停頓，

2）CMS收集器和G1收集器的區別：

• CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用；
• G1收集器收集范圍是老年代和新生代，不需要結合其他收集器使用；
• CMS收集器以最小的停頓時間為目標的收集器；
• G1收集器可預測垃圾回收的停頓時間
• CMS收集器是使用“標記-清除”演算法進行的垃圾回收，容易產生記憶體碎片
• G1收集器使用的是“標記-整理”演算法，進行了空間整合，降低了記憶體空間碎片，

6.JVM記憶體模型的相關知識了解多少，比如重排序，記憶體屏障，happen-before，主記憶體，作業記憶體，

思路： 先畫出Java記憶體模型圖，結合例子volatile ，說明什么是重排序，記憶體屏障，最好能給面試官寫以下demo說明，

我的答案：

1）Java記憶體模型圖：

Java記憶體模型規定了所有的變數都存盤在主記憶體中，每條執行緒還有自己的作業記憶體，執行緒的作業記憶體中保存了該執行緒中是用到的變數的主記憶體副本拷貝，執行緒對變數的所有操作都必須在作業記憶體中進行，而不能直接讀寫主記憶體，不同的執行緒之間也無法直接訪問對方作業記憶體中的變數，執行緒間變數的傳遞均需要自己的作業記憶體和主存之間進行資料同步進行，

2）指令重排序，

在這里，先看一段代碼

public class PossibleReordering {
static int x = 0, y = 0;
static int a = 0, b = 0;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread one = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            a = 1;
            x = b;
        }
    });

    Thread other = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            b = 1;
            y = a;
        }
    });
    one.start();other.start();
    one.join();other.join();
    System.out.println(“(” + x + “,” + y + “)”);
}
復制代碼

運行結果可能為(1,0)、(0,1)或(1,1)，也可能是(0,0)，因為，在實際運行時，代碼指令可能并不是嚴格按照代碼陳述句順序執行的，大多數現代微處理器都會采用將指令亂序執行（out-of-order execution，簡稱OoOE或OOE）的方法，在條件允許的情況下，直接運行當前有能力立即執行的后續指令，避開獲取下一條指令所需資料時造成的等待3，通過亂序執行的技術，處理器可以大大提高執行效率，而這就是指令重排，

3）記憶體屏障

記憶體屏障，也叫記憶體柵欄，是一種CPU指令，用于控制特定條件下的重排序和記憶體可見性問題，

• LoadLoad屏障：對于這樣的陳述句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后續讀取操作要讀取的資料被訪問前，保證Load1要讀取的資料被讀取完畢，
• StoreStore屏障：對于這樣的陳述句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后續寫入操作執行前，保證Store1的寫入操作對其它處理器可見，
• LoadStore屏障：對于這樣的陳述句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后續寫入操作被刷出前，保證Load1要讀取的資料被讀取完畢，
• StoreLoad屏障：對于這樣的陳述句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后續所有讀取操作執行前，保證Store1的寫入對所有處理器可見，它的開銷是四種屏障中最大的， 在大多數處理器的實作中，這個屏障是個萬能屏障，兼具其它三種記憶體屏障的功能，

4）happen-before原則

• 單執行緒happen-before原則：在同一個執行緒中，書寫在前面的操作happen-before后面的操作， 鎖的happen-before原則：同一個鎖的unlock操作happen-before此鎖的lock操作，
• volatile的happen-before原則：對一個volatile變數的寫操作happen-before對此變數的任意操作(當然也包括寫操作了)，
• happen-before的傳遞性原則：如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作，
• 執行緒啟動的happen-before原則：同一個執行緒的start方法happen-before此執行緒的其它方法，
• 執行緒中斷的happen-before原則 ：對執行緒interrupt方法的呼叫happen-before被中斷執行緒的檢測到中斷發送的代碼，
• 執行緒終結的happen-before原則： 執行緒中的所有操作都happen-before執行緒的終止檢測，
• 物件創建的happen-before原則： 一個物件的初始化完成先于他的finalize方法呼叫，

7.簡單說說你了解的類加載器，可以打破雙親委派么，怎么打破，

思路： 先說明一下什么是類加載器，可以給面試官畫個圖，再說一下類加載器存在的意義，說一下雙親委派模型，最后闡述怎么打破雙親委派模型，

我的答案：

1) 什么是類加載器？

類加載器 就是根據指定全限定名稱將class檔案加載到JVM記憶體，轉為Class物件，

• 啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：由C++語言實作（針對HotSpot）,負責將存放在<JAVA_HOME>\lib目錄或-Xbootclasspath引數指定的路徑中的類別庫加載到記憶體中，
• 其他類加載器：由Java語言實作，繼承自抽象類ClassLoader，如：

• 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：負責加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄或java.ext.dirs系統變數指定的路徑中的所有類別庫，
• 應用程式類加載器（Application ClassLoader），負責加載用戶類路徑（classpath）上的指定類別庫，我們可以直接使用這個類加載器，一般情況，如果我們沒有自定義類加載器默認就是用這個加載器，

2）雙親委派模型

雙親委派模型作業程序是：

如果一個類加載器收到類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器完成，每個類加載器都是如此，只有當父加載器在自己的搜索范圍內找不到指定的類時（即ClassNotFoundException），子加載器才會嘗試自己去加載，

雙親委派模型圖：

3）為什么需要雙親委派模型？

在這里，先想一下，如果沒有雙親委派，那么用戶是不是可以自己定義一個java.lang.Object的同名類，java.lang.String的同名類，并把它放到ClassPath中,那么類之間的比較結果及類的唯一性將無法保證，因此，為什么需要雙親委派模型？防止記憶體中出現多份同樣的位元組碼

4）怎么打破雙親委派模型？

打破雙親委派機制則不僅要繼承ClassLoader類，還要重寫loadClass和findClass方法，

8.說說你知道的幾種主要的JVM引數

思路： 可以說一下堆疊配置相關的，垃圾收集器相關的，還有一下輔助資訊相關的，

我的答案：

1）堆疊配置相關

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k 
-XX:MaxPermSize=16m -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0
復制代碼

-Xmx3550m： 最大堆大小為3550m，

-Xms3550m： 設定初始堆大小為3550m，

-Xmn2g： 設定年輕代大小為2g，

-Xss128k： 每個執行緒的堆疊大小為128k，

-XX:MaxPermSize： 設定持久代大小為16m

-XX:NewRatio=4: 設定年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代），

-XX:SurvivorRatio=4： 設定年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值，設定為4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值為2:4，一個Survivor區占整個年輕代的1/6

-XX:MaxTenuringThreshold=0： 設定垃圾最大年齡，如果設定為0的話，則年輕代物件不經過Survivor區，直接進入年老代，

2）垃圾收集器相關

-XX:+UseParallelGC
-XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseConcMarkSweepGC 
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：
復制代碼

-XX:+UseParallelGC： 選擇垃圾收集器為并行收集器，

-XX:ParallelGCThreads=20： 配置并行收集器的執行緒數

-XX:+UseConcMarkSweepGC： 設定年老代為并發收集，

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由于并發收集器不對記憶體空間進行壓縮、整理，所以運行一段時間以后會產生“碎片”，使得運行效率降低，此值設定運行多少次GC以后對記憶體空間進行壓縮、整理，

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection： 打開對年老代的壓縮，可能會影響性能，但是可以消除碎片

3）輔助資訊相關

-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
復制代碼

-XX:+PrintGC 輸出形式:

[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

-XX:+PrintGCDetails 輸出形式:

[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

9.怎么打出執行緒堆疊資訊，

思路： 可以說一下jps，top ，jstack這幾個命令，再配合一次排查線上問題進行解答，

我的答案：

• 輸入jps，獲得行程號，
• top -Hp pid 獲取本行程中所有執行緒的CPU耗時性能
• jstack pid命令查看當前java行程的堆疊狀態
• 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆疊資訊打到一個txt檔案，
• 可以使用fastthread 堆疊定位，fastthread.io/

10.強參考、軟參考、弱參考、虛參考的區別？

思路： 先說一下四種參考的定義，可以結合代碼講一下，也可以擴展談到ThreadLocalMap里弱參考用處，

我的答案：

1）強參考

我們平時new了一個物件就是強參考，例如 Object obj = new Object();即使在記憶體不足的情況下，JVM寧愿拋出OutOfMemory錯誤也不會回收這種物件，

2）軟參考

如果一個物件只具有軟參考，則記憶體空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；如果記憶體空間不足了，就會回收這些物件的記憶體，

SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 軟參考
復制代碼

用處： 軟參考在實際中有重要的應用，例如瀏覽器的后退按鈕，按后退時，這個后退時顯示的網頁內容是重新進行請求還是從快取中取出呢？這就要看具體的實作策略了，

（1）如果一個網頁在瀏覽結束時就進行內容的回收，則按后退查看前面瀏覽過的頁面時，需要重新構建

（2）如果將瀏覽過的網頁存盤到記憶體中會造成記憶體的大量浪費，甚至會造成記憶體溢位

如下代碼：

Browser prev = new Browser();               // 獲取頁面進行瀏覽
SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 瀏覽完畢后置為軟參考        
if(sr.get()!=null){ 
    rev = (Browser) sr.get();           // 還沒有被回收器回收，直接獲取
}else{
    prev = new Browser();               // 由于記憶體吃緊，所以對軟參考的物件回收了
    sr = new SoftReference(prev);       // 重新構建
}
復制代碼

3）弱參考

具有弱參考的物件擁有更短暫的生命周期，在垃圾回收器執行緒掃描它所管轄的記憶體區域的程序中，一旦發現了只具有弱參考的物件，不管當前記憶體空間足夠與否，都會回收它的記憶體，

String str=new String("abc");    
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);
str=null;
等價于
str = null;
System.gc();
復制代碼

4）虛參考

如果一個物件僅持有虛參考，那么它就和沒有任何參考一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收，虛參考主要用來跟蹤物件被垃圾回收器回收的活動，

11.待更新

參考與感謝

• 為什么新生代記憶體需要有兩個Survivor區 blog.csdn.net/antony9118/…
• JVM記憶體模型、指令重排、記憶體屏障概念決議：www.cnblogs.com/chenyangyao…
• java 8大happen-before原則超全面詳解 www.jianshu.com/p/1508eedba…
• JVM引數配置大全 www.cnblogs.com/edwardlauxh…
• Java 的強參考、弱參考、軟參考、虛參考 www.cnblogs.com/gudi/p/6403…
• 《深入理解Java虛擬機》

標籤：Java

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