Java 面试题-JVM原理、调优和垃圾回收机制详解

╰半橙微兮° 2022-02-05 04:41 299阅读 0赞

### 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? ###

答：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属性声明、普通方法声明、普通属性赋值

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，

jvm中一次完整的GC流程（从ygc到fgc）是怎样的，重点讲讲对象如何晋升到老年代等

答：

1、现在有一个新对象产生，那么对象一定需要内存空间，于是现在需要为该对象进行内存空间的申请。

2、首先会判断Eden区是否有内存空间，如果此时有充足内存空间，则直接将新对象保存到Eden区。

3、但是如果此时Eden区的内存空间不足，那么会自动执行Minor GC操作，将Eden区无用的内存空间进行清理。清理之后会继续判断Eden区空间是否充足？如果充足，则将新的对象直接在Eden区进行内存空间分配。

4、如果执行Minor GC之后Eden区空间依然不足，那么这个时候会进行存活区判断，如果存活区有剩余空间，则将Eden区的部分活跃对象保存在存活区，随后继续判断Eden区的内存空间是否充足，如果充足，则进行内存空间分配。

5、如果此时存活区也没有内存空间了，则继续判断老年区，如果此时老年区的空间充足，则将存活区中的活跃对象保存到老年区，而后存活区应付出现空余空间，随后Eden区将部分活跃对象保存地存活区中，最后在Eden区为新对象分配内存空间。

6、如果这个时候老年代内存空间也满了，那么这个时候将产生Major GC（Full GC）。然后再将存活区中的活跃对象保存到老年区，从而腾出空间，然后再将Eden区的部分活跃对象保存到存活区，最后在Eden区为新对象分配内存空间。

7、如果老年代执行Full GC之后依然空间依然不足，应付产生OOM（OutOfMemoryError）异常。

对象优先在新生代区中分配，若没有足够空间，Minor GC；

大对象（需要大量连续内存空间）直接进入老年态；长期存活的对象进入老年态。如果对象在新生代出生并经过第一次MGC后仍然存活，年龄+1，若年龄超过一定限制（15），则被晋升到老年态。

jvm分区：

方法区：保存装载的类信息（类型的常量池、字段和方法信息、方法字节码）

Java堆：应用系统对象都保存在Java堆里。所有线程共享Java堆

Java栈：线程私有。帧保存一个方法的局部变量（包含方法的参数和局部变量）、操作数栈（Java没有寄存器，所有的参数传递使用操作数栈）

### java中堆的分区? ###

JVM中的堆，一般分为三大部分：新生代、老年代、永久代：

一：新生代：主要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。

ServivorTo：保留了一次MinorGC过程中的幸存者。

ServivorFrom：上一次GC的幸存者，作为这一次GC的被扫描者。

二：老年代：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。

三：永久代

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

## ##

### JVM的永久代中会发生垃圾回收么？ ###

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。请参考下Java8：从永久代到元数据区

### 你有没有遇到过OutOfMemory问题？你是怎么来处理这个问题的？处理 过程中有哪些收获？ ###

permgen space、heap space 错误。

常见的原因

内存加载的数据量太大：一次性从数据库取太多数据；

集合类中有对对象的引用，使用后未清空，GC不能进行回收；

代码中存在循环产生过多的重复对象；

启动参数堆内存值小

内存溢出前，为什么jvm没去回收  
java对于垃圾回收机制\[GC垃圾回收机制\] 为什么有GC还会有内存溢出呢？

本质上来讲是FullGC来不及清理

正在使用中的变量太多了，程序执行自动回收，发现你变量都在使用 无法回收

GC回收的是无用的部分，如果里面都是你正在使用的东西，那么GC并不会把这些回收掉。但是在内存紧张的情况下，你还需要内存，不够用了，自然就是OutOfMemoryError了。

在Java虚拟机规范中，将JVM内存分为程序计数器，Java虚拟机栈，本地方法栈，Java堆，方法区，运行时常量池（包含于方法区），直接内存(直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现)除了程序计数器之外都是有可能出现OutOfMemoryError异常的。下面举例说明：Java堆用于存储对象实例，我们只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，就会在对象数量到达最大堆的容量限制后产生内存溢出异常。

垃圾回收的优点和原理。并考虑2种回收机制。

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级别的线程运行，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楚和回收，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。回收机制有分代复制垃圾回收和标记垃圾回收，增量垃圾回收。

### 说一下强引用、软引用、弱引用、虚引用以及他们之间和gc的关系 ###

强引用：new出的对象之类的引用，

只要强引用还在，永远不会回收

软引用：引用但非必须的对象，内存溢出异常之前，回收

弱引用：非必须的对象，对象能生存到下一次垃圾收集发生之前。

虚引用：对生存时间无影响，在垃圾回收时得到通知。

### JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么? ###

Java虚拟机主要分为以下一个区:

方法区：

1. 有时候也成为永久代，在该区内很少发生垃圾回收，但是并不代表不发生GC，在这里进行的GC主要是对方法区里的常量池和对类型的卸载

2. 方法区主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。

3. 该区域是被线程共享的。

4. 方法区里有一个运行时常量池，用于存放静态编译产生的字面量和符号引用。该常量池具有动态性，也就是说常量并不一定是编译时确定，运行时生成的常量也会存在这个常量池中。

虚拟机栈:

1. 虚拟机栈也就是我们平常所称的栈内存,它为java方法服务，每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息。

2. 虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

3. 局部变量表里存储的是基本数据类型、returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）和对象引用，这个对象引用有可能是指向对象起始地址的一个指针，也有可能是代表对象的句柄或者与对象相关联的位置。局部变量所需的内存空间在编译器间确定

4.操作数栈的作用主要用来存储运算结果以及运算的操作数，它不同于局部变量表通过索引来访问，而是压栈和出栈的方式

5.每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接.动态链接就是将常量池中的符号引用在运行期转化为直接引用。

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过本地方法栈为Native方法服务。

堆

java堆是所有线程所共享的一块内存，在虚拟机启动时创建，几乎所有的对象实例都在这里创建，因此该区域经常发生垃圾回收操作。

程序计数器

内存空间小，字节码解释器工作时通过改变这个计数值可以选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等功能都需要依赖这个计数器完成。该内存区域是唯一一个java虚拟机规范没有规定任何OOM情况的区域。

### 如何判断一个对象是否存活?(或者GC对象的判定方法) ###

判断一个对象是否存活有两种方法:

1. 引用计数法

所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死对象”,将会被垃圾回收.

引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题，也就是说当对象A引用对象B，对象B又引用者对象A，那么此时A,B对象的引用计数器都不为零，也就造成无法完成垃圾回收，所以主流的虚拟机都没有采用这种算法。

2.可达性算法(引用链法)

该算法的思想是：从一个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。

在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种:

虚拟机栈中引用的对象

方法区类静态属性引用的对象

方法区常量池引用的对象

本地方法栈JNI引用的对象

虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收，但是当满足上述条件时，一个对象比不一定会被回收。当一个对象不可达GC Root时，这个对象并

不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收需要经历两次标记

如果对象在可达性分析中没有与GC Root的引用链，那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为是没必要的。

如果该对象有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为F-Queue的对队列中，虚拟机会触发一个Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是因为如果finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会造成F-Queue队列一直等待，造成了内存回收系统的崩溃。GC对处于F-Queue中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。

### 简述java垃圾回收机制? ###

在java中，程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的，而是由虚拟机自行执行。在JVM中，有一个垃圾回收线程，它是低优先级的，在正常情况下是不会执行的，只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时，才会触发执行，扫面那些没有被任何引用的对象，并将它们添加到要回收的集合中，进行回收。

### 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。

### Java内存模型 ###

java内存模型(JMM)是线程间通信的控制机制.JMM定义了主内存和线程之间抽象关系。线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java内存模型的抽象示意图如下：

从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

### Java类加载过程? ###

加载

加载时类加载的第一个过程，在这个阶段，将完成一下三件事情：

1. 通过一个类的全限定名获取该类的二进制流。

2. 将该二进制流中的静态存储结构转化为方法去运行时数据结构。

3. 在内存中生成该类的Class对象，作为该类的数据访问入口。

验证

验证的目的是为了确保Class文件的字节流中的信息不回危害到虚拟机.在该阶段主要完成以下四钟验证:

1. 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件的规范，如主次版本号是否在当前虚拟机范围内，常量池中的常量是否有不被支持的类型.

2. 元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析，如这个类是否有父类，是否集成了不被继承的类等。

3. 字节码验证：是整个验证过程中最复杂的一个阶段，通过验证数据流和控制流的分析，确定程序语义是否正确，主要针对方法体的验证。如：方法中的类型转换是否正确，跳转指令是否正确等。

4. 符号引用验证：这个动作在后面的解析过程中发生，主要是为了确保解析动作能正确执行。

准备

准备阶段是为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值，这些内存都将在方法区中进行分配。准备阶段不分配类中的实例变量的内存，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。

解析

该阶段主要完成符号引用到直接引用的转换动作。解析动作并不一定在初始化动作完成之前，也有可能在初始化之后。

初始化

初始化时类加载的最后一步，前面的类加载过程，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。

### 简述java类加载机制? ###

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验，解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的java类型。

### 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。

### 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:

1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)用来加载java核心类库，无法被java程序直接引用。

2. 扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。

3. 系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

4. 用户自定义类加载器，通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现

### 简述java内存分配与回收策率以及Minor GC和Major GC？ ###

对象优先在堆的Eden区分配。

大对象直接进入老年代.

长期存活的对象将直接进入老年代.

当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机会执行一次Minor GC.Minor Gc通常发生在新生代的Eden区，在这个区的对象生存期短，往往发生Gc的频率较高，回收速度比较快;Full Gc/Major GC 发生在老年代，一般情况下，触发老年代GC的时候不会触发Minor GC,但是通过配置，可以在Full GC之前进行一次Minor GC这样可以加快老年代的回收速度。

### 垃圾回收算法概述？ ###

追踪回收算法（tracing collector）

从根结点开始遍历对象的应用图。同时标记遍历到的对象。遍历完成后，没有被标记的对象就是目前未被引用，可以被回收。

压缩回收算法（Compacting Collector）

把堆中活动的对象集中移动到堆的一端，就会在堆的另一端流出很大的空闲区域。这种处理简化了消除碎片的工作，但可能带来性能的损失。

复制回收算法（Coping Collector)

把堆均分成两个大小相同的区域，只使用其中的一个区域，直到该区域消耗完。此时垃圾回收器终端程序的执行，通过遍历把所有活动的对象复制到另一个区域，复制过程中它们是紧挨着布置的，这样也可以达到消除内存碎片的目的。复制结束后程序会继续运行，直到该区域被用完。

但是，这种方法有两个缺陷:

对于指定大小的堆，需要两倍大小的内存空间，

需要中断正在执行的程序，降低了执行效率

按代回收算法（Generational Collector)

### 为什么要按代进行回收？ ###

这是因为不同对象生命周期不同，每次回收都要遍历所有存活对象，对于整个堆内存进行回收无疑浪费了大量时间，对症下药可以提高垃圾回收的效率。主要思路是：把堆分成若搞个子堆，每个子堆视为一代，算法在运行的过程中优先收集“年幼”的对象，如果某个对象经过多次回收仍然“存活”,就移动到高一级的堆，减少对其扫描次数。

### 优化GC步骤？ ###

首先需要观察目前垃圾回收的情况，分析出老年代和年轻代回收的情况，适当的去调整内存大小和-XX:SurvivorRatio的比例。

根据垃圾收集器的特性，选择适合自己业务的垃圾收集器，一般来说现在的WEB服务都是CMS＋ParNew收集器。根据CMS收集器一般来说就会产生大量碎片，根据自己的需求悬着相应的压缩频率即可。

不断的调整jvm内存比例，老年代、年轻代、以及持久代的比例，直到测试出一个比较满意的值

### 你知道哪几种垃圾收集器，各自的优缺点，重点讲下 cms，包括原理，流程，优缺点？ ###

串行回收器（serial collector）,并行回收器,CMS回收器,G1回收器

g1 和 cms 区别,吞吐量优先和响应优先的垃圾收集器选择。

Cms是以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。基于标记-清除算法实现。比较占用cpu资源，切易造成碎片。

G1是面向服务端的垃圾收集器，是jdk9默认的收集器，基于标记-整理算法实现。可利用多核、多cpu，保留分代，实现可预测停顿，可控。

### 类加载机制？ ###

首先，在代码编译后，就会生成JVM（Java虚拟机）能够识别的二进制字节流文件（\*.class）。而JVM把Class文件中的类描述数据从文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析、初始化，使这些数据最终成为可以被JVM直接使用的Java类型，这个说来简单但实际复杂的过程叫做JVM的类加载机制。

### 你们线上应用的 JVM 参数有哪些？ ###