JAVA面试八股文之JVM

JVM

JVM由那些部分组成，运行流程是什么？
你能详细说一下 JVM 运行时数据区吗？
详细介绍一下程序计数器的作用？
你能给我详细的介绍Java堆吗?
什么是虚拟机栈？
栈内存溢出情况？
堆栈的区别是什么吗？
解释一下方法区？
常量池？
运行时常量池？
你听过直接内存吗？
什么是类加载器，类加载器有哪些?
说一下类装载的执行过程？
什么是双亲委派模型？
JVM为什么采用双亲委派机制？
简述Java垃圾回收机制？（GC是什么？为什么要GC？）
什么对象才能被回收？
强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别？
对象什么时候可以被垃圾器回收？
回收的时间？
JVM 垃圾回收算法有哪些？
你能详细聊一下分代回收吗？
讲一下新生代、老年代、永久代的区别？
说一下 JVM 有哪些垃圾回收器？
Minor GC、Major GC、Full GC是什么？
JVM 调优的参数可以在哪里设置参数值？
用的 JVM 调优的参数都有哪些？
你们平时调试 JVM都用了哪些工具呢？
假如项目中产生了java内存泄露，你说一下你的排查思路？
服务器CPU持续飙高，你的排查方案与思路？

JVM由那些部分组成，运行流程是什么？

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在JVM中共有四大部分，分别是

ClassLoader（类加载器）、
Runtime Data Area（运行时数据区，内存分区）、
Execution Engine（执行引擎）、
Native Method Library（本地库接口）

它们的运行流程是：

第一，类加载器（ClassLoader）把Java代码转换为字节码；

第二，运行时数据区（Runtime Data Area）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系统去执行，而是有执行引擎运行；

第三，执行引擎（Execution Engine）将字节码翻译为底层系统指令，再交由CPU执行去执行，此时需要调用其他语言的本地库接口（Native Method Library）来实现整个程序的功能。
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你能详细说一下 JVM 运行时数据区吗？

运行时数据区包含了堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计数器这几部分，每个功能作用不一样。

堆解决的是对象实例存储的问题，垃圾回收器管理的主要区域。
方法区可以认为是堆的一部分，用于存储已被虚拟机加载的信息，常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
栈解决的是程序运行的问题，栈里面存的是栈帧，栈帧里面存的是局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
本地方法栈与栈功能相同，本地方法栈执行的是本地方法，一个Java调用非Java代码的接口。
程序计数器（PC寄存器）程序计数器中存放的是当前线程所执行的字节码的行数。JVM工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一个需要执行的字节码指令。

详细介绍一下程序计数器的作用？

java虚拟机对于多线程是通过线程轮流切换并且分配线程执行时间。在任何的一个时间点上，一个处理器只会处理执行一个线程，如果当前被执行的这个线程它所分配的执行时间用完了【挂起】。处理器会切换到另外的一个线程上来进行执行。并且这个线程的执行时间用完了，接着处理器就会又来执行被挂起的这个线程。

那么现在有一个问题就是，当前处理器如何能够知道，对于这个被挂起的线程，它上一次执行到了哪里？那么这时就需要从程序计数器中来回去到当前的这个线程他上一次执行的行号，然后接着继续向下执行。

程序计数器是JVM规范中唯一一个没有规定出现OOM的区域，所以这个空间也不会进行GC。

你能给我详细的介绍Java堆吗?

Java中的堆属于线程共享的区域。主要用来保存对象实例，数组等，当堆中没有内存空间可分配给实例，也无法再扩展时，则抛出OutOfMemoryError异常。
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在JAVA8中堆内会存在年轻代、老年代：

年轻代被划分为三部分，Eden区和两个大小严格相同的Survivor区，根据JVM的策略，在经过几次垃圾收集后，任然存活于Survivor的对象将被移动到老年代区间。
老年代主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象；
元空间保存的类信息、静态变量、常量、编译后的代码；

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为了避免方法区出现OOM，所以在java8中将堆上的方法区【永久代】给移动到了本地内存上，重新开辟了一块空间，叫做元空间。那么现在就可以避免掉OOM的出现了。
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什么是虚拟机栈？

Java Virtual machine Stacks (java 虚拟机栈)

每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈，先进后出；
每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存；
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法；

垃圾回收是否涉及栈内存？

垃圾回收主要指就是堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放
栈内存分配越大越好吗？

未必，默认的栈内存通常为1024k

栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半；
方法内的局部变量是否线程安全？
- 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的；
- 如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全；

虚拟机栈是描述的是方法执行时的内存模型,是线程私有的，生命周期与线程相同,每个方法被执行的同时会创建栈桢。保存执行方法时的局部变量、动态连接信息、方法返回地址信息等等。方法开始执行的时候会进栈，方法执行完会出栈【相当于清空了数据】，所以这块区域不需要进行 GC。

栈内存溢出情况？

栈帧过多导致栈内存溢出，典型问题：递归调用
栈帧过大导致栈内存溢出

堆栈的区别是什么吗？

第一，栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的的。堆会GC垃圾回收，而栈不会。

第二、栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的。

第三、两者异常错误不同，但如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。

栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。

堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。

解释一下方法区？

方法区(Method Area)是各个线程共享的内存区域
主要存储类的信息、运行时常量池
虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace

与虚拟机栈类似。本地方法栈是为虚拟机执行本地方法时提供服务的。不需要进行GC。本地方法一般是由其他语言编写。

常量池？

可以看作是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息；

运行时常量池？

常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址；

你听过直接内存吗？

它又叫做堆外内存，线程共享的区域，在 Java 8 之前有个永久代的概念，实际上指的是 HotSpot 虚拟机上的永久代，它用永久代实现了 JVM 规范定义的方法区功能，主要存储类的信息，常量，静态变量，即时编译器编译后代码等，这部分由于是在堆中实现的，受 GC 的管理，不过由于永久代有 -XX:MaxPermSize 的上限，所以如果大量动态生成类（将类信息放入永久代），很容易造成 OOM，有人说可以把永久代设置得足够大，但很难确定一个合适的大小，受类数量，常量数量的多少影响很大。

所以在 Java 8 中就把方法区的实现移到了本地内存中的元空间中，这样方法区就不受 JVM 的控制了,也就不会进行 GC，也因此提升了性能。

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什么是类加载器，类加载器有哪些?

JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。

常见的类加载器有4个

第一个是启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。

第二个是扩展类加载器(ExtClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。

第三个是应用类加载器(AppClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。

第四个是自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

说一下类装载的执行过程？

类从加载到虚拟机中开始，直到卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）

1.加载：查找和导入class文件

2.验证：保证加载类的准确性

3.准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值

4.解析：把类中的符号引用转换为直接引用

5.初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

6.使用：JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

7.卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存

什么是双亲委派模型？

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己尝试加载这个类，而是把这请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传说到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器返回自己无法完成这个加载请求（它的搜索返回中没有找到所需的类）时，子类加载器才会尝试自己去加载；

JVM为什么采用双亲委派机制？

主要有两个原因。

第一、通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。

第二、为了安全，保证类库API不会被修改
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简述Java垃圾回收机制？（GC是什么？为什么要GC？）

如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗空，所以，在Java语言中，有了自动的垃圾回收机制，也就是我们熟悉的GC(Garbage Collection)。

在进行垃圾回收时，不同的对象引用类型，GC会采用不同的回收时机

什么对象才能被回收？

没有被栈指向的堆内存空间就是垃圾，垃圾需要等待GC回收。

强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别？

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强引用最为普通的引用方式，表示一个对象处于有用且必须的状态，如果一个对象具有强引用，则GC并不会回收它。即便堆中内存不足了，宁可出现OOM，也不会对其进行回收

软引用表示一个对象处于有用且非必须状态，如果一个对象处于软引用，在内存空间足够的情况下，GC机制并不会回收它，而在内存空间不足时，则会在OOM异常出现之间对其进行回收。但值得注意的是，因为GC线程优先级较低，软引用并不会立即被回收。

弱引用表示一个对象处于可能有用且非必须的状态。在GC线程扫描内存区域时，一旦发现弱引用，就会回收到弱引用相关联的对象。对于弱引用的回收，无关内存区域是否足够，一旦发现则会被回收。同样的，因为GC线程优先级较低，所以弱引用也并不是会被立刻回收。

虚引用表示一个对象处于无用的状态。在任何时候都有可能被垃圾回收。虚引用的使用必须和引用队列Reference Queue联合使用

对象什么时候可以被垃圾器回收？

如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收器回收。

如果要定位什么是垃圾，有两种方式来确定，第一个是引用计数法，第二个是可达性分析算法。

引用计数器：一个对象被引用了一次，在当前的对象头上递增一次引用次数，如果这个对象的引用次数为0，代表这个对象可回收。
当对象间出现循环引用的话，则引用计数器就会失效；
可达性分析：

通常都使用可达性分析算法来确定是不是垃圾。

回收的时间？

CPU空闲时进行回收、
堆内存满了后进行回收、
手动调用System.gc()回收。

JVM 垃圾回收算法有哪些？

一共有四种，分别是标记清除算法、复制算法、标记整理算法、分代回收

标记清除算法：
标记整理算法：（老年代）
复制算法：（年轻代）

你能详细聊一下分代回收吗？

在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代，它们默认空间占用比例是1:2

对于新生代，内部又被分为了三个区域。Eden区，S0区，S1区默认空间占用比例是8:1:1

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具体的工作机制是有些情况：

1）当创建一个对象的时候，那么这个对象会被分配在新生代的Eden区。当Eden区要满了时候，触发YoungGC。

2）当进行YoungGC后，此时在Eden区存活的对象被移动到S0区，并且当前对象的年龄会加1，清空Eden区。

3）当再一次触发YoungGC的时候，会把Eden区中存活下来的对象和S0中的对象，移动到S1区中，这些对象的年龄会加1，清空Eden区和S0区。

4）当再一次触发YoungGC的时候，会把Eden区中存活下来的对象和S1中的对象，移动到S0区中，这些对象的年龄会加1，清空Eden区和S1区。

5）对象的年龄达到了某一个限定的值（默认15岁 ），那么这个对象就会进入到老年代中。

当然也有特殊情况，如果进入Eden区的是一个大对象，在触发YoungGC的时候，会直接存放到老年代

当老年代满了之后，触发FullGC。FullGC同时回收新生代和老年代，当前只会存在一个FullGC的线程进行执行，其他的线程全部会被挂起。我们在程序中要尽量避免FullGC的出现。

讲一下新生代、老年代、永久代的区别？

新生代主要用来存放新生的对象。

老年代主要存放应用中生命周期长的内存对象。

永久代指的是永久保存区域。主要存放Class和Meta（元数据）的信息。在Java8中，永久代已经被移除，取而代之的是一个称之为“元数据区”（元空间）的区域。元空间和永久代类似，不过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。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存的限制。