满意offer之JVM虚拟机问答汇总

亦凉 2022-01-12 02:39 195阅读 0赞

### JVM是如何让java代码被机器执行的? ###

Java 源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class 文件，也就是字节码文件， 而字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码 。

### JVM线程与系统线程的关系？ ###

Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓 冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。 Java 线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕，就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时， 会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

### JVM系统线程主要有哪几个？ ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="text-align:left;">虚拟机线程 （VM thread）</th> 
   <th style="text-align:left;">这个线程等待 JVM 到达安全点操作出现。这些操作必须要在独立的线程里执行，因为当 堆修改无法进行时，线程都需要 JVM 位于安全点。这些操作的类型有：stop-the- world 垃圾回收、线程栈 dump、线程暂停、线程偏向锁（biased locking）解除。</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">周期性任务线程</td> 
   <td style="text-align:left;">这线程负责定时器事件（也就是中断），用来调度周期性操作的执行。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">GC 线程</td> 
   <td style="text-align:left;">这些线程支持 JVM 中不同的垃圾回收活动。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">编译器线程</td> 
   <td style="text-align:left;">这些线程在运行时将字节码动态编译成本地平台相关的机器码。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">信号分发线程</td> 
   <td style="text-align:left;">这个线程接收发送到 JVM 的信号并调用适当的 JVM 方法处理。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### JVM内存分为哪些区域？每个区域包含什么？ ###

JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈】、线程共享区 域【JAVA 堆、方法区】、直接内存。

### 什么是程序计数器( 线程私有)，它会 OutOfMemoryError吗？ ###

一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的 程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。不会OutOfMemoryError

### 什么是虚拟机栈( 线程私有)？ ###

是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame） 用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成 的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

### 什么是本地方法栈( 线程私有)？ ###

虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则 为 Native 方法服务,但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

### 简单介绍一下JVM中的堆和方法区 ###

1.  堆是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行 垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以 细分为: 新生代( Eden 区 、 From Survivor 区 和 To Survivor 区 )和老年代。
2.  方法区即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java 堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器。

### JVM新生代 Eden 区、ServivorFrom、ServivorTo 三个区的意思 ###

1.  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。
2.  ServivorTo：保留了一次 MinorGC 过程中的幸存者。
3.  ServivorFrom：上一次 GC 的幸存者，作为这一次 GC 的被扫描者。

### 新生代 MinorGC采用什么算法？执行过程是怎么样的？ ###

MinorGC 采用复制算法。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）；然后，清空Eden 和 ServicorFrom 中的对象；最后，ServicorTo 和 ServicorFrom 互换，原 ServicorTo 成为 下一次 GC 时的 ServicorFrom 区。

### MajorGC采用什么算法？执行过程是怎么样的？ ###

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。MajorGC 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（OutOfMemory）异常。

### java8后JVM永久代做了哪些改变？ ###

在Java8中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

### JVM中是如何确定对象数据是垃圾的？ ###

1.  引用计数法：一个对象如果没有任何与之关 联的引用，即他们的引用计数都为 0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。
2.  可达性分析：如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

### 简单介绍一下标记清除算法（ Mark-Sweep ） ###

最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

### 简单介绍一下复制算法（ copying ） ###

为解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小 的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用 的内存清掉，这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原 本的一半。且存活对象增多的话，Copying 算法的效率会大大降低。

### 简单介绍一下标记整理算法(Mark-Compact) ###

结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和 Mark-Sweep 算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。

### 简单介绍一下分代收集算法 ###

分代收集法是目前大部分 JVM 所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存 划分为不同的域，一般情况下将 GC 堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。大部分 JVM 的 GC 对于新生代都采取复制算法，因为新生代中每次垃圾回收都要 回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照 1：1 来划分新生代。一般将新生代 划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space, To Space)，每次使用 Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另 一块 Survivor 空间中。而老生代因为每次只回收少量对象，因而采用标记整理算法。当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发 生一次 GC，进行 GC 后，Eden Space 和 From Space 区的存活对象会被挪到 To Space，然后 将 Eden Space 和 From Space 进行清理。如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象 存储到老生代。在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环。当对象 在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代 中。

### JAVA  四中引用类型是哪四种，简单介绍一下 ###

1.  强引用：在 Java 中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引 用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即使该对象以后永远都不会被用到 JVM 也不会回收。因此强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之 一。
2.  软引用：软引用需要用 SoftReference 类来实现，对于只有软引用的对象来说，当系统内存足够时它不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回收。软引用通常用在对内存敏感的程序中。
3.  弱引用：弱引用需要用 WeakReference 类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象 来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。
4.  虚引用：虚引用需要 PhantomReference 类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。

### GC  垃圾收集器有几种，分别是什么？ ###

1.  Serial 垃圾收集器，特点：CPU利用率最高，停顿时间即用户等待时间比较长。适用场景：小型应用通过JVM参数-XX:+UseSerialGC可以使用串行垃圾回收器。
2.  ParNew 垃圾收集器，参数控制：-XX:+UseParNewGC ParNew收集器 -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量
3.  Parallel Scavenge 收集器，采用多线程来通过扫描并压缩堆 特点：停顿时间短，回收效率高，对吞吐量要求高。 适用场景：大型应用，科学计算，大规模数据采集等。 通过JVM参数 XX:+USeParNewGC 打开并发标记扫描垃圾回收器。
4.  Serial Old 收集器
5.  Parallel Old收集器
6.  Concurrent mark sweep(CMS)收集器，优点:并发收集、低停顿 缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量，特点：响应时间优先，减少垃圾收集停顿时间 适应场景：大型服务器等。 通过JVM参数 -XX:+UseConcMarkSweepGC设置
7.  G1收集器，特点：支持很大的堆，高吞吐量，通过JVM参数 -XX:+UseG1GC 使用G1垃圾回收器

### JVM 类加载机制分为哪五个部分，都做些什么？ ###

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）
2.  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。
3.  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。
4.  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 文件中的常量
5.  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。

### 简单介绍一下JVM三种类加载器？ ###

1.  启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：负责加载 JAVA\_HOME\\lib 目录中的，或通过- Xbootclasspath 参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类
2.  扩展类加载器(Extension ClassLoader)：负责加载 JAVA\_HOME\\lib\\ext 目录中的，或通 过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。
3.  应用程序类加载器(Application ClassLoader)：负责加载用户路径（classpath）上的类库。

### 什么是类加载？ ###

1.  类加载指的是将类 Class 文件读入内存，并为之创建一个 java.lang.Class 对象, class 文件被载入到了内存之后，才能被其它 class 所引用
2.  jvm 启动的时候，并不会一次性加载所有的 class 文件，而是根据需要去动态加载
3.  java 类加载器是 jre 的一部分,负责动态加载 java 类到 java 虚拟机的内存
4.  类的唯一性由类加载器和类共同决定(双亲委派机制)

### 如何自定义实现自己的类加载器？ ###

JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承 java.lang.ClassLoader 实现自定义的类加载器。

### JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，那么是如何加载的？ ###

当一个类收到了类加载请求，他首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到启动类加载其中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载的Class），子类加载器才会尝试自己去加载。

### **常见参数配置** ###

-XX:+PrintGC 每次触发GC的时候 打印相关日志  
    -XX:+UseSerialGC 串行回收   
    -XX:+PrintGCDetails  更详细的GC日志 
    -Xms 堆初始值   
    -Xmx 堆最大可用值   
    -Xmn 新生代堆最大可用值 
    -XX:SurvivorRatio 用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例.  
    -XX:NewRatio 配置新生代与老年代占比 1:2 
    含以-XX:SurvivorRatio=eden/from=den/to  
    **总结:在实际工作中，我们可以直接将初始的堆大小与最大堆大小相等，**
    **这样的好处是可以减少程序运行时垃圾回收次数，从而提高效率。**
    复制代码

### 谈谈你对JAVA 模块化开发的理解 ###

### 什么是字节码?采用字节码的好处是什么? ###

1.  JVM可以理解的代码就叫做 字节码（即扩展名为 .class 的文件）
2.  Java 语言通过字节码的方式，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以 Java 程序运行时比较高效，而且，由于字节码并不专对一种特定的机器，因此，Java程序无须重新编译便可在多种不同的计算机上运行。

### 在Java语言里，可作为GC Roots对象的包括如下几种： ###

1.  虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象
2.  方法区中的类静态属性引用的对象
3.  方法区中的常量引用的对象
4.  本地方法栈中JNI的引用的对象

### 为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言。 ###

JVM引进了 JIT 编译器，JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后，其会将字节码对应的机器码保存下来，下次可以直接使用。

### Java 语言为什么可以“一次编译，随处可以运行”？ ###

JVM是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现，是 Java 语言“一次编译，随处可以运 行”的关键所在。

### java GC发生在会么时候，对什么东西，做了什么事情? ###

1.  程序员不能具体控制时间，系统在不可预测的时间调用System.gc()函数的时候；当然可以通过调优，用NewRatio控制newObject和oldObject的比例，用MaxTenuringThreshold 控制进入oldObject的次数，使得oldObject 存储空间延迟达到full gc,从而使得计时器引发gc时间延迟OOM的时间延迟，以延长对象生存期。
2.  超出了作用域或引用计数为空的对象；从gc root开始搜索找不到的对象，而且经过一次标记、清理，仍然没有复活的对象。
3.  如新生代做的是复制清理、from survivor、to survivor是干啥用的、老年代做的是标记清理、标记清理后碎片要不要整理、复制清理和标记清理有有什么优劣势等

### 常用的 JVM 调优的参数都有哪些？ ###

*  \-Xms2g：初始化推大小为 2g；
 *  \-Xmx2g：堆最大内存为 2g；
 *  \-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
 *  \-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
 *  –XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合；
 *  \-XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合；
 *  \-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合；
 *  \-XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；
 *  \-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。

**调优总结：** 初始堆值和最大堆内存内存越大，吞吐量就越高。 最好使用并行收集器,因为并行收集器速度比串行吞吐量高，速度快。 设置堆内存新生代的比例和老年代的比例最好为1:2或者1:3。减少GC对老年代的回收。

### 简述分代垃圾回收器是怎么工作的？ ###

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比总空间的 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，它的执行流程如下：

*  把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区；
 *  清空 Eden 和 From Survivor 分区；
 *  From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。 老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

### 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么区别？ ###

*  新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
 *  老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
 *  整堆回收器：G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低；老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

### 说一下 JVM 有哪些垃圾回收算法？ ###

*  标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
 *  标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
 *  复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
 *  分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。

### 说一下类装载的执行过程？ ###

类装载分为以下 5 个步骤：

*  加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
 *  验证：检查加载的 class 文件的正确性；
 *  准备：给类中的静态变量分配内存空间；
 *  解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址；
 *  初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

### 说一下堆栈的区别？ ###

*  功能方面：堆是用来存放对象的，栈是用来执行程序的。
 *  共享性：堆是线程共享的，栈是线程私有的。
 *  空间大小：堆大小远远大于栈。

### 说一下 JVM 运行时数据区？ ###

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：

*  程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；
 *  Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
 *  本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
 *  Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
 *  方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

### 说一下 JVM 的主要组成部分？及其作用？ ###

*  类加载器（ClassLoader）
 *  运行时数据区（Runtime Data Area）
 *  执行引擎（Execution Engine）
 *  本地库接口（Native Interface）

**组件的作用：** 首先通过类加载器（ClassLoader）会把 Java 代码转换成字节码，运行时数据区（Runtime Data Area）再把字节码加载到内存中，而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。

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