JVM面试大汇总

1.  JVM
   1.  jvm 内存模型划分

根据JVM规范，JVM 内存共分为虚拟机栈，堆，方法区，程序计数器，本地方法栈五个部分。

本地方法栈：指的是被native修饰的方法，即非Java代码

程序计数器(线程私有)：

是当前线程锁执行字节码的行号治时期，每条线程都有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。正在执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如果是Natice方法，则为空。

java 虚拟机栈

也是线程私有的。

每个方法在执行的时候也会创建一个栈帧，存储了局部变量，操作数，动态链接，方法返回地址。

每个方法从调用到执行完毕，对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。

通常所说的栈，一般是指在虚拟机栈中的局部变量部分。

局部变量所需内存在编译期间完成分配，

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则StackOverflowError。

如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展到无法申请足够的内存，则OutOfMemoryError。

本地方法栈（线程私有）

和虚拟机栈类似，主要为虚拟机使用到的Native方法服务。也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError。

Java堆（线程共享）

被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建，用于存放对象实例。

对可以按照可扩展来实现（通过-Xmx 和-Xms 来控制）

当堆中没有内存可分配给实例，也无法再扩展时，则抛出OutOfMemoryError异常。

方法区（线程共享）

被所有方法线程共享的一块内存区域。

用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。

这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和堆类型的卸载。

1. 1. 1.  JVM 类加载机制

JVM 类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化，下面我们就分别来看一下这五个过程。

1. 加载

加载是类加载过程中的一个阶段， 这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象， 作为方法区这个类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一个 Class 文件获取，这里既可以从 ZIP 包中读取（比如从 jar 包和 war 包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将 JSP 文件转换成对应的 Class 类）。

1. 验证

这一阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

1. 准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为：
实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080， 将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是程序被编译后， 存放于类构造器方法之中。
但是注意如果声明为：public static final int v = 8080;
在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 8080。

1. 解析

解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中的：

public static int v = 8080;

实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080， 将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是程序被编译后， 存放于类构造器方法之中。但是注意如果声明为：
在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v
赋值为 8080。解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中的：

public static final int v = 8080;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 8080。
解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中的：

1. CONSTANT_Class_info
2. CONSTANT_Field_info
3. CONSTANT_Method_info
   等类型的常量。

符号引用
符号引用与虚拟机实现的布局无关， 引用的目标并不一定要已经加载到内存中。 各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中。
直接引用
直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

1. 初始化

初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码。
类构造器
初始化阶段是执行类构造器方法的过程。 方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会保证子方法执行之前，父类的方法已经执行完毕， 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成() 方法。注意以下几种情况不会执行类初始化：

1. 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
2. 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。
4. 通过类名获取 Class 对象，不会触发类的初始化。
5. 通过 Class.forName 加载指定类时，如果指定参数 initialize 为 false 时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
6. 通过 ClassLoader 默认的 loadClass 方法，也不会触发初始化动作。

1. 1. 1.  Java 中堆和栈有什么区别？

JVM 中堆和栈属于不同的内存区域，使用目的也不同。栈常用于保存方法帧和局部变量，而对象总是在堆上分配。栈通常都比堆小，也不会在多个线程之间共享，而堆被整个 JVM 的所有线程共享。

1. 1.  垃圾收集算法
      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。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的；

它的主要缺点有两个：一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作

1. 1. 1.  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。

这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，降低了内存的利用率，持续复制长生存期的对象则导致效率降低，还有在分配对象较大时，该种算法也存在效率低下的问题。

1. 1. 1.  标记-整理算法

复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法（老年代一般是存活时间较长的大对象）。

根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）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，这种算法克服了复制算法的低效问题，同时克服了标记清除算法的内存碎片化的问题；

1. 1. 1.  分代收集算法

GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。

“分代收集”（Generational Collection）算法，是一种划分的策略，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。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

1. 1.  分代收集算法

当前主流 VM 垃圾收集都采用”分代收集” (Generational Collection)算法, 这种算法会根据对象存活周期的不同将内存划分为几块, 如 JVM 中的 新生代、老年代、永久代， 这样就可以根据各年代特点分别采用最适当的 GC 算法

1. 1. 1.  如何判断对象可以被回收

判断对象是否存活一般有两种方式：

1. 引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题。  
2. 可达性分析（Reachability Analysis）：从GC Roots开始向下搜索，搜索所走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，则证明此对象是不可用的，不可达对象。
   1. 1.  新生代（复制算法）

是用来存放新生的对象。一般占据堆的 1/3 空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC 进行垃圾回收。新生代又分为 Eden区、 ServivorFrom、 ServivorTo 三个区。

Eden 区

Java 新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老年代）。当 Eden 区内存不够的时候就会触发 MinorGC，对新生代区进行一次垃圾回收。

ServivorFrom

上一次 GC 的幸存者，作为这一次 GC 的被扫描者。

ServivorTo

保留了一次 MinorGC 过程中的幸存者。

MinorGC 的过程（复制->清空->互换）
MinorGC 采用复制算法。

1. eden、 servicorFrom 复制到 ServicorTo，年龄+1
2. 首先，把 Eden 和 ServivorFrom 区域中存活的对象复制到 ServicorTo 区域（如果有对象的年龄以及达到了老年的标准，则赋值到老年代区），同时把这些对象的年龄+1（如果 ServicorTo 不够位置了就放到老年区）；
3. 清空 eden、 servicorFrom
   然后，清空 Eden 和 ServicorFrom 中的对象；
4. ServicorTo 和 ServicorFrom 互换
   最后， ServicorTo 和 ServicorFrom 互换，原 ServicorTo 成为下一次 GC 时的 ServicorFrom区。
   1. 1.  老年代（标记-清除或标记-整理）

主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。

老年代的对象比较稳定，所以 MajorGC 不会频繁执行。在进行 MajorGC 前一般都先进行了一次 MinorGC，使得有新生代的对象晋身入老年代，导致空间不够用时才触发。当无法找到足够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前触发一次 MajorGC 进行垃圾回收腾出空间。

MajorGC 采用标记清除算法：首先扫描一次所有老年代，标记出存活的对象，然后回收没有标记的对象。 ajorGC 的耗时比较长，因为要扫描再回收。 MajorGC 会产生内存碎片，为了减少内存损耗，我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的时候，就会抛出 OOM（Out of Memory）异常。

1. 1. 1.  永久代（即方法区回收）

指内存的永久保存区域，主要存放 Class 和 meta（元数据）的信息,Class 在被加载的时候被放入永久区域， 它和和存放实例的区域不同,GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的 Class 的增多而胀满，最终抛出 OOM 异常。

JVM的方法区，也被称为永久代。在这里都是放着一些被虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等数据。这个区中的东西比老年代和新生代更不容易回收

1. 1.  调优命令有哪些？

Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo

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