JVM面试题

JVM组成

JVM包括哪些区域

程序计数器
堆
虚拟机栈
方法区
直接内存

什么是程序计数器

程序计数器是线程私有的，每个线程中存在一份，内部保存字节码的行号，用于记录正在执行中的字节码指令地址。

Java堆

Java堆是线程共享的区域，主要用来保存对象实例、数组等，当内存不够时抛出OutOfMemoryError异常。
Java堆中包含年轻代和老年代。

年轻代包括Eden区和两个大小严格相同的Survivor区
老年代中保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象

Java 1.7 和1.8中堆的区别

JDK1.7的堆中有一个永久代，存储的是类信息、静态变量、常量以及编译后的代码
JDK1.8的堆中移除了永久代，把数据存储到内存的元空间中，防止内存的溢出

什么是虚拟机栈

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所占用的内存（包括参数、局部变量、返回地址等）
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法

垃圾回收是否涉及栈内存

垃圾回收主要是指堆内存，当栈内存弹帧后，内存就会释放

栈内存分配越大越好吗？

否，栈内存默认1024K，栈帧过大会导致线程数变少

方法内的局部变量是否线程安全

如果方法内的局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
如果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

什么情况下会导致栈内存溢出

栈内存过多导致栈内存溢出，典型：递归调用
栈帧过大导致栈内存溢出

堆栈的区别是什么

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。堆会有垃圾回收，栈不会
栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的
两者的异常错误不同：
栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError
堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError

如何解释方法区

方法区是各个线程的共享内存
主要存储类的信息、运行时常量池
虚拟机启动时创建，关闭虚拟机时释放
如果方法区的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemory: MetaSpace

介绍一下运行时的常量池

常量池：可以看作一张表，虚拟机指令根据表中信息找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息
当类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并将其中符号地址变为真实地址

直接内存

并不属于JVM的内存结构，不由JVM进行管理，是虚拟机的系统内存
常见于NIO操作，用于数据缓冲区，分配回收成本高，但读写性能高，不受JVM内存回收管理。

类加载器

什么是类加载器

JVM只会运行二进制文件，类加载器的作用是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来

类加载器有哪些

启动类加载器 (BootStrap ClassLoader)：加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的库
扩展类加载器 (ExtClassLoader)：主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类
应用类加载器 (AppClassLoader)：用于加载classPath下的类
自定义类加载器 (CustomizeClassLoader)：自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

什么是双亲委派模型

加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级也有上级，则会继续向上委托。如果该类委托没有被加载，自家在其尝试加载该类。

JVM为什么采用双亲委派机制

通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后无需重复加载，保证唯一性。
为了安全，保证类库APP不会被修改

类装载的执行过程

加载：查找和导入class 文件
验证：保证加载类的准确性
准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值
解析：把类中符号引用转换为直接引用
初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
使用：JVM开始从入口方法执行用户的程序代码
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。

垃圾回收

对象什么时候可以被垃圾回收器回收

如果一个对象没有任何的引用指向它，那么这个对象就是垃圾。如果定位了垃圾，就可能被垃圾回收器回收。
定位垃圾的方法有两种：

引用计数法

给对象添加一个引用计数器：

每当有一个地方引用它，计数器就加1；
当引用失效时，计数器减1；
任何时候计数器为0的对象都不能再被使用
实现简单，效率高，但是主流不使用。由于难以解决对象之间循环引用的问题

可达性分析算法

这个算法的基本思想就是通过一系列的称为 “GC Roots” 的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点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的话，则证明此对象是不可用的，需要被回收。
GC Roots包括：

虚拟机栈中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
JNI（Java Native Interface）引用的对象

JVM的垃圾回收算法有哪些

标记清除算法

将垃圾回收分为两个阶段

（标记）根据可达性分析算法得出的垃圾进行标记
（清除）对标记为可回收的内容仅小垃圾回收
会产生大量磁盘碎片，内存不连续

标记整理算法

和标记清除算法一样，将存活对象向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾

复制算法

将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块。清楚时，正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。
该方法不易产生碎片，但内存使用率低。

JVM中的分代回收

堆区域的划分

堆被分为了新生代和老年代两部分【1：2】
对于新生代，内部又分为了三个区域。Eden区，幸存者区survivor（存在两个）【8:1:1】

对象回收分代回收策略

新创建的对象，都会先分配到eden区
当eden区内存不足时，标记eden区与From中的存货对象
将存活的对象移动到To区中，然后将eden与from区的内存释放，同时互换to区与from区标记
当幸存者区中对象经历多次回收依然存活，移动到老年代（幸存者区内存不足或有大对象回提前移动）

MinorGC、Mixed GC、FullGC的区别是什么

MinorGC 发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短
MixedGC 新生代+老年代部分区域的垃圾回收，G1收集器特有
FullGC：新生代+老年代完整垃圾回收，暂停时间长

STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成。

JVM有哪些垃圾回收器

串行垃圾收集器

Serial 收集器 / Serial Old 收集 ，一种单线程收集器，在进行垃圾收集工作的时候必须暂停其它所有的工作线程，直到收集结束。
在这里插入图片描述

新生代使用标记-复制算法，老年代使用标记-整理算法

并行垃圾收集器

ParNew GC / Parral Old GC /Parallel Scavenge 收集器
ParNew收集器是Serial 收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为（控制参数、收集算法、回收策略等等）和 Serial 收集器完全一样。
在这里插入图片描述
Parallel Scavenge 收集器 / Parral Old 收集器

在注重吞吐量以及 CPU 资源的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge 收集器和 Parallel Old 收集器。