面试宝典之JVM优化

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J01、类加载的几个过程？

加载、验证、准备、解析、初始化。然后是使用和卸载了

J02、Minor GC 与 Full GC 分别在什么时候发生？

新生代内存不够用时候发生 MGC 也叫 YGC，JVM 内存不够的时候发生 FGC

J03、java 中垃圾收集的方法有哪些?

标记-清除:

这是垃圾收集算法中最基础的，根据名字就可以知道，它的思想就是标记哪些要被回收的对象，然后统一回收。这种方法很简单，但是会有两个主要问题：
1.效率不高，标记和清除的效率都很低；
2.会产生大量不连续的内存碎片，导致以后程序在分配较大的对象时，由于没有充足的连续内存而提前触发一次 GC 动作。

复制算法:

为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分，然后每次只使用其中的一块，当一块内存用完时，就将还存活的对象复制到第二块内存上，然后一次性清楚完第一块内存，再将第二块上的对象复制到第一块。但是这种方式，内存的代价太高，每次基本上都要浪费一般的内存。

于是将该算法进行了改进，内存区域不再是按照 1：1 去划分，而是将内存划分为8:1:1 三部分，较大那份内存交 Eden 区，其余是两块较小的内存区叫 Survior 区。

每次都会优先使用 Eden 区，若 Eden 区满，就将对象复制到第二块内存区上，然后清除 Eden 区，如果此时存活的对象太多，以至于 Survivor 不够时，会将这些对象通过分配担保机制复制到老年代中。(java 堆又分为新生代和老年代)

标记-整理：

该算法主要是为了解决标记-清除，产生大量内存碎片的问题；当对象存活率较高时，也解决了复制算法的效率问题。它的不同之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端，然后清除掉端边界以外的对象，这样就不会产生内存碎片了。

分代收集：

现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。在新生代中，由于对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，所以可以使用标记-整理或者标记-清除。

J04、什么是类加载器，类加载器有哪些?

实现通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器。

主要有一下四种类加载器:

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J05、类加载器双亲委派模型机制？

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。

J06、双亲委派机制有啥用？

（1）系统类防止内存中出现多份同样的字节码
（2）保证Java程序安全稳定运行

J07、怎么打破双亲委派模型？

自定义类加载器，继承ClassLoader类，重写loadClass方法和findClass方法；

J08、什么情况下会发生栈内存溢出？

（1）栈是线程私有的，栈的生命周期和线程一样，每个方法在执行的时候就会创建一个栈帧，它包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，局部变量表又包括基本数据类型和对象的引用；
（2）当线程请求的栈深度超过了虚拟机允许的最大深度时，会抛出StackOverFlowError异常，方法的递归调用有可能会出现该问题；
（3）调整参数-xss去调整jvm栈的大小

J09、强引用、软应用、弱引用、虚引用的区别？

强引用

强引用是我们使用最广泛的引用，如果一个对象具有强引用，那么垃圾回收期绝对不会回收它，当内存空间不足时，垃圾回收器宁愿抛出OutOfMemoryError，也不会回收具有强引用的对象；我们可以通过显示的将强引用对象置为null，让gc认为该对象不存在引用，从而来回收它；

软引用

软应用是用来描述一些有用但不是必须的对象，在java中用SoftReference来表示，当一个对象只有软应用时，只有当内存不足时，才会回收它；
软引用可以和引用队列联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器所回收了，虚拟机会把这个软引用加入到与之对应的引用队列中；

弱引用

弱引用是用来描述一些可有可无的对象，在java中用WeakReference来表示，在垃圾回收时，一旦发现一个对象只具有软引用的时候，无论当前内存空间是否充足，都会回收掉该对象；
弱引用可以和引用队列联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收了，虚拟机会将该对象的引用加入到与之关联的引用队列中；

虚引用

虚引用就是一种可有可无的引用，无法用来表示对象的生命周期，任何时候都可能被回收，虚引用主要使用来跟踪对象被垃圾回收的活动，虚引用和软引用与弱引用的区别在于：虚引用必须和引用队列联合使用；在进行垃圾回收的时候，如果发现一个对象只有虚引用，那么就会将这个对象的引用加入到与之关联的引用队列中，程序可以通过发现一个引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否需要被进行垃圾回收；

J10、GC 是什么？为什么要有 GC？

GC 是垃圾收集的意思，内存处理是编程人员容易出现问题的地方，忘记或者错误的内存回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃， Java 提供的 GC 功能可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动回收内存的目的，Java 语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法。Java 程序员不用担心内存管理，因为垃圾收集器会自动进行管理。要请求垃圾收集，可以调用下面的方法之一：System.gc() 或Runtime.getRuntime().gc() ，但 JVM 可以屏蔽掉线示的垃圾回收调用。

垃圾回收可以有效的防止内存泄露，有效的使用可以使用的内存。垃圾回收器通常是作为一个单独的低优先级的线程运行，不可预知的情况下对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收，程序员不能实时的调用垃圾回收器对某个对象或所有对象进行垃圾回收。在 Java 诞生初期，垃圾回收是 Java最大的亮点之一，因为服务器端的编程需要有效的防止内存泄露问题，然而时过境迁，如今 Java 的垃圾回收机制已经成为被诟病的东。移动智能终端用户通常觉得 iOS 的系统比 Android 系统有更好的用户体验，其中一个深层次的原因就在于 Android 系统中垃圾回收的不可预知性。

J11、MinorGC，MajorGC、FullGC都什么时候发生？

MinorGC在年轻代空间不足的时候发生，MajorGC指的是老年代的GC，出现MajorGC一般经常伴有MinorGC。

FullGC有三种情况。
1、当老年代无法再分配内存的时候
2、元空间不足的时候
3、显示调用System.gc的时候。另外，像CMS一类的垃圾回收器，在MinorGC出现promotion failure的时候也会发生FullGC

J12、有哪些打破了双亲委托机制的案例？

（1） Tomcat可以加载自己目录下的class文件，并不会传递给父类的加载器。
（2） Java的SPI，发起者是 BootstrapClassLoader， BootstrapClassLoader已经是最上层的了。它直接获取了 AppClassLoader进行驱动加载，和双亲委派是相反的。

J13、JVM 年轻代到年老代的晋升过程的判断条件是什么呢？

1、部分对象会在From和To区域中复制来复制去,如此交换15次(由JVM参数MaxTenuringThreshold决定,这个参数默认是15),最终如果还是存活,就存入到老年代。

2、如果对象的大小大于Eden的二分之一会直接分配在old，如果old也分配不下，会做一次majorGC，如果小于eden的一半但是没有足够的空间，就进行minorgc也就是新生代GC。

3、 minor gc后，survivor仍然放不下，则放到老年代

4、动态年龄判断，大于等于某个年龄的对象超过了survivor空间一半，大于等于某个年龄的对象直接进入老年代

J14、JVM 数据运行区，哪些会造成 OOM 的情况？

除了数据运行区，其他区域均有可能造成 OOM 的情况。

堆溢出： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
栈溢出： java.lang.StackOverflowError
永久代溢出： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

J15、什么是堆？

存放对象实例，所有的对象和数组都要在堆上分配。是 JVM 所管理的内存中最大的一块区域。

J16、什么是程序计数器

当前线程所执行的行号指示器。是 JVM 内存区域最小的一块区域。执行字节码工作时就是利用程序计数器来选取下一条需要执行的字节码指令。

J17、各种回收器，各自优缺点，重点讲解CMS、G1？

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，但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“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。它需要消耗额外的CPU和内存资源，在CPU和内存资源紧张，CPU较少时，会加重系统负担。CMS无法处理浮动垃圾。CMS的“标记-清除”算法，会导致大量空间碎片的产生。
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。

J18、类的实例化顺序？

比如父类静态数据，构造函数，字段，子类静态数据，构造函数，字段，他们的执行顺序

先静态、先父后子。
先静态：父静态 > 子静态
优先级：父类 > 子类静态代码块 > 非静态代码块 > 构造函数

一个类的实例化过程：

1、父类中的static代码块，当前类的static
2、顺序执行父类的普通代码块
3、父类的构造函数
4、子类普通代码块
5、子类（当前类）的构造函数，按顺序执行。
6、子类方法的执行，

J19、Serial 与 Parallel GC 之间的不同之处？

Serial 与 Parallel 在 GC 执行的时候都会引起 stop-the-world。它们之间主要不同 serial 收集器是默认的复制收集器，执行 GC 的时候只有一个线程，而parallel 收集器使用多个 GC 线程来执行。

J20、JVM 提供的常用工具有哪些？

jps：

用来显示本地的 Java 进程，可以查看本地运行着几个 Java 程序，并显示他们的进程号。命令格式：jps

jinfo：

运行环境参数：Java System 属性和 JVM 命令行参数，Java class path 等信息。命令格式：jinfo 进程 pid

jstat：

监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。命令格式：jstat -gc 123 250 20

jstack：

可以观察到 JVM 中当前所有线程的运行情况和线程当前状态。命令格式：jstack 进程 pid

jmap：

观察运行中的 JVM 物理内存的占用情况（如：产生哪些对象，及其数量）。命令格式：jmap [option] pid

J21、CMS 收集器（多线程标记清除算法）

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验。CMS 工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂。整个过程分为以下 4 个阶段：

初始标记

只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。

并发标记

进行 GC Roots 跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。

重新标记

为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，仍然需要暂停所有的工作线程。

并发清除

清除 GC Roots 不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作，所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

J22、对象都是优先分配在年轻代上的吗？

不是。当新生代内存不够时，老年代分配担保。而大对象则是直接在老年代分配。

J23、有哪些 GC 算法？

1、标记-清除算法

分为标记和清除阶段，首先从每个 GC Roots 出发依次标记有引用关系的对象，最后清除没有标记的对象。

执行效率不稳定，如果堆包含大量对象且大部分需要回收，必须进行大量标记清除，导致效率随对象数量增长而降低。

存在内存空间碎片化问题，会产生大量不连续的内存碎片，导致以后需要分配大对象时容易触发 Full GC。

2、标记-复制算法

为了解决内存碎片问题，将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当使用的这块空间用完了，就将存活对象复制到另一块，再把已使用过的内存空间一次清理掉。主要用于进行新生代。

实现简单、运行高效，解决了内存碎片问题。代价是可用内存缩小为原来的一半，浪费空间。

HotSpot 把新生代划分为一块较大的 Eden 和两块较小的 Survivor，每次分配内存只使用 Eden 和其中一块 Survivor。垃圾收集时将 Eden 和 Survivor 中仍然存活的对象一次性复制到另一块 Survivor 上，然后直接清理掉 Eden 和已用过的那块 Survivor。HotSpot 默认Eden 和 Survivor 的大小比例是 8:1，即每次新生代中可用空间为整个新生代的 90%。

3、标记-整理算法

标记-复制算法在对象存活率高时要进行较多复制操作，效率低。如果不想浪费空间，就需要有额外空间分配担保，应对被使用内存中所有对象都存活的极端情况，所以老年代一般不使用此算法。

老年代使用标记-整理算法，标记过程与标记-清除算法一样，但不直接清理可回收对象，而是让所有存活对象都向内存空间一端移动，然后清理掉边界以外的内存。

标记-清除与标记-整理的差异在于前者是一种非移动式算法而后者是移动式的。如果移动存活对象，尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活的区域，是一种极为负重的操作，而且移动必须全程暂停用户线程。如果不移动对象就会导致空间碎片问题，只能依赖更复杂的内存分配器和访问器解决。