JVM面试高频考点总结

JVM 有哪些内存区域？（JVM 的内存布局是什么？）

JVM 包含堆、元空间、Java 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等内存区域，其中，堆是占用内存最大的一块，如下图所示。

Java 的内存模型是什么？（JMM 是什么？）

JVM 试图定义一种统一的内存模型，能将各种底层硬件以及操作系统的内存访问差异进行封装，使 Java 程序在不同硬件以及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存，线程无法对主存储器直接进行操作，如果一个线程要和另外一个线程通信，那么只能通过主存进行交换，如下图所示。

JVM 垃圾回收时如何确定垃圾？什么是 GC Roots？

JVM 采用的是可达性分析算法。JVM 是通过 GC Roots 来判定对象存活的，从 GC Roots 向下追溯、搜索，会产生一个叫做 Reference Chain 的链条。当一个对象不能和任何一个 GC Root 产生关系时，就判定为垃圾，如下图所示。

GC Roots 大体包括：

• 活动线程相关的各种引用，比如虚拟机栈中 栈帧里的引用；

• 类的静态变量引用；

• JNI 引用等。

能够找到 Reference Chain 的对象，就一定会存活么？

不一定，还要看 Reference 类型，弱引用在 GC 时会被回收，软引用在内存不足的时候会被回收，但如果没有 Reference Chain 对象时，就一定会被回收。

强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么？

普通的对象引用关系就是强引用。

软引用用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

弱引用对象相比软引用来说，要更加无用一些，它拥有更短的生命周期，当 JVM 进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。

虚引用是一种形同虚设的引用，在现实场景中用的不是很多，它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。

你说你做过 JVM 参数调优和参数配置，请问如何查看 JVM 系统默认值

使用 -XX:+PrintFlagsFinal 参数可以看到参数的默认值，这个默认值还和垃圾回收器有关，比如 UseAdaptiveSizePolicy。

你平时工作中用过的 JVM 常用基本配置参数有哪些？

主要有 Xmx、Xms、Xmn、MetaspaceSize 等。

请你谈谈对 OOM 的认识

OOM 是非常严重的问题，除了程序计数器，其他内存区域都有溢出的风险。和我们平常工作最密切的，就是堆溢出，另外，元空间在加载的类非常多的情况下也会溢出，还有就是栈溢出，这个通常影响比较小。堆外也有溢出的可能，这个就比较难排查了。

你都有哪些手段用来排查内存溢出？

这个话题很大，可以从实践环节中随便摘一个进行总结，下面举一个最普通的例子。

内存溢出包含很多种情况，我在平常工作中遇到最多的就是堆溢出。有一次线上遇到故障，重新启动后，使用 jstat 命令，发现 Old 区一直在增长。我使用 jmap 命令，导出了一份线上堆栈，然后使用 MAT 进行分析，通过对 GC Roots 的分析，发现了一个非常大的 HashMap 对象，这个原本是其他同事做缓存用的，但是一个无界缓存，造成了堆内存占用一直上升，后来，将这个缓存改成 guava 的 Cache，并设置了弱引用，故障就消失了。

GC 垃圾回收算法与垃圾收集器的关系？

常用的垃圾回收算法有标记清除、标记整理、复制算法等，引用计数器也算是一种，但垃圾回收器不使用这种算法，因为有循环依赖的问题。

很多垃圾回收器都是分代回收的：

• 对于年轻代，主要有 Serial、ParNew 等垃圾回收器，回收过程主要使用复制算法；

• 老年代的回收算法有 Serial、CMS 等，主要使用标记清除、标记整理算法等。

我们线上使用较多的是 G1，也有年轻代和老年代的概念，不过它是一个整堆回收器，它的回收对象是小堆区 。

生产上如何配置垃圾收集器？

首先是内存大小问题，基本上每一个内存区域我都会设置一个上限，来避免溢出问题，比如元空间。通常，堆空间我会设置成操作系统的 2/3，超过 8GB 的堆，优先选用 G1。

然后我会对 JVM 进行初步优化，比如根据老年代的对象提升速度，来调整年轻代和老年代之间的比例。

接下来是专项优化，判断的主要依据是系统容量、访问延迟、吞吐量等，我们的服务是高并发的，所以对 STW 的时间非常敏感。

我会通过记录详细的 GC 日志，来找到这个瓶颈点，借用 GCeasy 这样的日志分析工具，很容易定位到问题。

怎么查看服务器默认的垃圾回收器是哪一个？

这通常会使用另外一个参数，即 -XX:+PrintCommandLineFlags，来打印所有的参数，包括使用的垃圾回收器。

假如生产环境 CPU 占用过高，请谈谈你的分析思路和定位。

首先，使用 top -H 命令获取占用 CPU 最高的线程，并将它转化为十六进制。

然后，使用 jstack 命令获取应用的栈信息，搜索这个十六进制，这样就能够方便地找到引起 CPU 占用过高的具体原因。

对于 JDK 自带的监控和性能分析工具用过哪些？

• jps：用来显示 Java 进程；

• jstat：用来查看 GC；

• jmap：用来 dump 堆；

• jstack：用来 dump 栈；

• jhsdb：用来查看执行中的内存信息。

栈帧都有哪些数据？

栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。

JIT 是什么？

为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化，完成这个任务的编译器，就称为即时编译器（Just In Time Compiler），简称 JIT 编译器。

Java 的双亲委托机制是什么？

双亲委托的意思是，除了顶层的启动类加载器以外，其余的类加载器，在加载之前，都会委派给它的父加载器进行加载，这样一层层向上传递，直到祖先们都无法胜任，它才会真正的加载，Java 默认是这种行为。

有哪些打破了双亲委托机制的案例？

• 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；

• Java 的 SPI，发起者是 BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader 已经是最上层了，它直接获取了 AppClassLoader 进行驱动加载，和双亲委派是相反的。

简单描述一下（分代）垃圾回收的过程

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。

新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1。

当年轻代中的 Eden 区分配满的时候，就会触发年轻代的 GC（Minor GC），具体过程如下：

• 在 Eden 区执行了第一次 GC 之后，存活的对象会被移动到其中一个 Survivor 分区（以下简称 from）；

• Eden 区再次 GC，这时会采用复制算法，将 Eden 和 from 区一起清理，存活的对象会被复制到 to 区，接下来，只要清空 from 区就可以了。

CMS 分为哪几个阶段?

• 初始标记

• 并发标记

• 并发预清理

• 并发可取消的预清理

• 重新标记

• 并发清理

由于《深入理解 Java 虚拟机》一书的流行，面试时省略并发清理、并发可取消的预清理这两个阶段，一般也是没问题的。

CMS 都有哪些问题？

• 内存碎片问题，Full GC 的整理阶段，会造成较长时间的停顿；

• 需要预留空间，用来分配收集阶段产生的 “浮动垃圾”；

• 使用更多的 CPU 资源，在应用运行的同时进行堆扫描；

• 停顿时间是不可预期的。

你使用过 G1 垃圾回收器的哪几个重要参数？

最重要的是 MaxGCPauseMillis，可以通过它设定 G1 的目标停顿时间，它会尽量去达成这个目标。G1HeapRegionSize 可以设置小堆区的大小，一般是 2 的次幂。InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发 GC 时的堆内存占用百分比，G1 用它来触发并发 GC 周期，基于整个堆的使用率，而不只是某一代内存的使用比例，默认是 45%。

GC 日志的 real、user、sys 是什么意思？

• real 指的是从开始到结束所花费的时间，比如进程在等待 I/O 完成，这个阻塞时间也会被计算在内。

• user 指的是进程在用户态（User Mode）所花费的时间，只统计本进程所使用的时间，是指多核。

• sys  指的是进程在核心态（Kernel Mode）所花费的 CPU 时间量，即内核中的系统调用所花费的时间，只统计本进程所使用的时间。

什么情况会造成元空间溢出？

元空间默认是没有上限的，不加限制比较危险。当应用中的 Java 类过多时，比如 Spring 等一些使用动态代理的框架生成了很多类，如果占用空间超出了我们的设定值，就会发生元空间溢出。

什么时候会造成堆外内存溢出？

SWAP 会影响性能么？

当操作系统内存不足时，会将部分数据写入到 SWAP ，但是 SWAP 的性能是比较低的。如果应用的访问量较大，需要频繁申请和销毁内存，那么很容易发生卡顿。一般在高并发场景下，会禁用 SWAP。

有什么堆外内存的排查思路？

进程占用的内存，可以使用 top 命令，看 RES 段占用的值，如果这个值大大超出我们设定的最大堆内存，则证明堆外内存占用了很大的区域。

使用 gdb 命令可以将物理内存 dump 下来，通常能看到里面的内容。更加复杂的分析可以使用 Perf 工具，或者谷歌开源的 GPerftools。那些申请内存最多的 native 函数，就很容易找到。

HashMap 中的 key，可以是普通对象么？有什么需要注意的地方？

Map 的 key 和 value 可以是任何类型，但要注意的是，一定要重写它的 equals 和 hashCode 方法，否则容易发生内存泄漏。

怎么看死锁的线程？

通过 jstack 命令，可以获得线程的栈信息，死锁信息会在非常明显的位置（一般是最后）进行提示。

invokedynamic 指令是干什么的？

invokedynamic 是 Java 7 版本之后新加入的字节码指令，使用它可以实现一些动态类型语言的功能。我们使用的 Lambda 表达式，在字节码上就是 invokedynamic 指令实现的，它的功能有点类似反射，但它是使用方法句柄实现的，执行效率更高。

volatile 关键字的原理是什么？有什么作用？

使用了 volatile 关键字的变量，每当变量的值有变动的时候，都会将更改立即同步到主内存中；而如果某个线程想要使用这个变量，就先要从主存中刷新到工作内存，这样就确保了变量的可见性。

一般使用一个 volatile 修饰的 bool 变量，来控制线程的运行状态。

volatile boolean stop = false;

 void stop(){  this.stop = true; } void start(){  new Thread(()->{  while (!stop){  //sth  }  }).start(); }

什么是方法内联？

为了减少方法调用的开销，可以把一些短小的方法，比如 getter/setter，纳入到目标方法的调用范围之内，这样就少了一次方法调用，速度就能得到提升，这就是方法内联的概念。

对象是怎么从年轻代进入老年代的？

在下面 4 种情况下，对象会从年轻代进入到老年代。

• 如果对象够老，则会通过提升（Promotion）的方式进入老年代，一般根据对象的年龄进行判断。

• 动态对象年龄判定，有的垃圾回收算法，比如 G1，并不要求 age 必须达到 15 才能晋升到老年代，它会使用一些动态的计算方法。

• 分配担保，当 Survivor 空间不够的时候，则需要依赖其他内存（指老年代）进行分配担保，这个时候，对象也会直接在老年代上分配。

• 超出某个大小的对象将直接在老年代上分配，不过这个值默认为 0，意思是全部首选 Eden 区进行分配。

safepoint 是什么？

当发生 GC 时，用户线程必须全部停下来，才可以进行垃圾回收，这个状态我们可以认为 JVM 是安全的（safe），整个堆的状态是稳定的。

如果在 GC 前，有线程迟迟进入不了 safepoint，那么整个 JVM 都在等待这个阻塞的线程，造成了整体 GC 的时间变长。

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：第一，当老年代无法再分配内存的时候；第二，元空间不足的时候；第三，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。

类加载有几个过程？

加载、验证、准备、解析、初始化。

什么情况下会发生栈溢出？

栈的大小可以通过 -Xss 参数进行设置，当递归层次太深的时候，则会发生栈溢出。

生产环境服务器变慢，请谈谈诊断思路和性能评估？

从各个层次分析代码优化的手段，如下图所示：