【JVM】面试题汇总

JVM

1. 什么是JVM？

答：

• JVM 是运行 Java字节码文件的虚拟机，字节码文件和不同系统实现的JVM是实现跨平台的关键。
• JVM的功能有三项：
  • 第一是解释执行字节码指令；
  • 第二是管理内存中对象的分配，完成自动的垃圾回收；
  • 第三是优化热点代码提升执行效率 (JIT)。
• JVM组成分为类加载子系统、运行时数据区、执行引擎、本地接口这四部分。
• 常用的JVM是Oracle提供的Hotspot虚拟机，也可以选择GraalVM、龙井（阿里）、OpenJ9等虚拟机。

2. 了解过字节码文件的组成吗？

答：

• 字节码文件包括：
  • 基本信息：魔数，字节码文件对应的版本号、父类、接口等信息。
  • 常量池：保存了字符串常量、类或接口名、字段名等，主要在字节码指令中被引用。
  • 字段：当前类或接口声明的字段信息。
  • 方法：当前类或接口声明的方法中的字节码指令。
  • 属性：类的属性。

可以使用 javap -v 字节码文件.Class 命令反编译查看对应字节码的信息

3. 什么是运行时数据区

答：

运行时数据区指的是JVM所管理的内存区域，其中分成两大类：

• 线程共享
  • 堆内存：创建出来的对象都存在于堆上。静态变量也是在堆内存（Class对象中）。
  • 方法区：类的基础信息、运行时常量池（保存了字节码文件中的常量池内容）、字符串常量池
• 线程不共享
  • 程序计数器：记录下一条要执行的字节码指令的地址。
  • Java虚拟机栈：记录执行方法的栈帧。
  • 本地方法栈：记录native本地方法的栈帧。

4. 哪些区域会出现内存溢出

答：

• 堆：溢出之后会抛出OutOfMemoryError，并提示是Java heap Space导致的。
  • 调整堆的大小：-Xmx值（max的最大值） -Xms值（初始的total）
• 栈：溢出之后会抛出StackOverflowError。
  • 调整虚拟机栈的大小：-Xss栈大小
• 方法区：溢出之后会抛出OutOfMemoryError，JDK7及之前提示永久代，JDK8及之后提示元空间。
  • 调整永久代（-XX:MaxPermSize=值），调整元空间（-XX:MaxMetaspaceSize=值）
• 直接内存：溢出之后会抛出OutOfMemoryError。
  • 调整直接内存： -XX:MaxDirectMemorySize=值

5. JVM在JDK6-8之间在内存区域上有什么不同

答：

• 方法区的实现
  • JDK 7及之前：方法区是在堆中的永久代
  • JDK 8之后：方法区是在直接内存的元空间，永久代被移除
• 字符串常量池的位置
  • JDK 6及之前：字符串常量池是在方法区上
  • JDK 7及之后：字符串常量池从方法区移除，放在堆中

6. 类的生命周期

答：

• 加载
  • 类加载器根据类的全限定名以二进制流的方式获取字节码信息。
  • 在方法区和堆上创建类的信息。
• 连接
  • 验证：验证字节码文件是否符合规范
  • 准备：为静态变量（static）分配内存并设置初值。final修饰的基本数据类型的静态变量，准备阶段直接会将代码中的值进行赋值。
  • 解析：将常量池中的符号引用替换为直接引用
• 初始化
  • 初始化阶段会执行静态代码块中的代码，并为静态变量赋值。注意：他们的执行顺序按编写的顺序加载。
  • 初始化阶段会执行字节码文件中clinit部分的字节码指令。
• 卸载：同时满足以下3个条件可以被卸载
  • 此类所有实例对象都已经被回收，在堆中不存在任何该类的实例对象以及子类对象。
  • 加载该类的类加载器已经被回收。
  • 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用。

7. 什么是类加载器？类加载器有哪几种

答：

类加载器： 负责把字节码文件读取到JVM内存中。

• 启动类加载器（Bootstrap）：默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件，比如rt.jar，tools.jar，resources.jar等。
• 扩展类加载器：默认加载Java安装目录/jre/lib/ext下的类文件
• 应用程序类加载器：默认加载为应用程序classpath下的类文件。
• 自定义类加载器：继承ClassLoader抽象类，重写findClass方法。在findClass方法中，定义从哪里读取字节码文件，然后调用defineClass方法，在方法区和堆区创建对象。

8. 什么是双亲委派机制？有什么好处

答：

• 当一个类加载器要加载字节码文件时，首先向上查找父类加载器是否加载过，
• 如果加载过，则直接返回。
• 如果一直到顶级类加载器（Bootstrap）也没有加载过，则再从上至下尝试加载。

好处：

• 保证JDK的核心类库不会被替换。
• 避免类的重复加载

9. 如何打破双亲委派机制

答：

• 实现自定义类加载器：首先继承ClassLoader抽象类，重写loadClass方法，将双亲委派机制的代码去除。
• 然后编写从指定位置加载字节码，最后调用defineClass方法，在方法区和堆区创建对象。

10. 如何判断堆上的对象有没有被引用？

答：

可以使用引用计数法和可达性分析法来判断

• 引用计数法：每个对象都有一个引用计数器，当对象被引用时加1，取消引用时减1。为0时则说明没有被引用。缺点：存在循环引用。
• 可达性分析法：将对象分类两类，根对象和普通对象。从根对象（线程对象、静态变量、监视器对象等）出发，顺着引用链可以到达某个对象，则该对象说明被引用。

11. JVM 中都有哪些引用类型？

答：

• 强引用：默认就是强引用，即对象被局部变量、静态变量所引用。强引用的对象不会被回收掉。
• 软引用：SoftReference类实现。当一个对象只被软引用对象引用，并且内存空间不足时，进行垃圾回收，则会回收被软引用指向的对象。可以把软引用对象本身放到引用队列中，回收软引用对象本身。
• 弱引用：WeakReference类实现。不管内存空间够不够，在垃圾回收时，弱引用指向的对象都会被回收。弱引用对象本身也可以使用引用队列回收。
• 虚引用：PhantomReference类实现。作用：告诉直接内存，当前指向直接内存的对象不再使用，回收直接内存空间吧。
• 终结器引用：分两次垃圾回收才会把对象回收，不建议使用。

12. ThreadLocal中为什么要使用弱引用？

答：

• 在ThreadLocal内部， 存放了一个ThreadLocalMap对象（哈希表），ThreadLocalMap中存放的是多个Entry对象。
• 每个Entry对象继承自弱引用，指向ThreadLocal对象。同时强引用指向ThreadLocal对应的value值。
• 如果不使用弱引用的话，假如ThreadLocal对象不再使用了，那么ThreadLocal对象不会被回收，因为被Entry对象强引用。

13. 有哪些常见的垃圾回收算法？

答：

1、标记清除算法

根据可达性分析算法，将所有存活的对象进行标记

在清除阶段，将未被标记的对象进行清除

缺点： 容易产生大量的内存碎片

2、复制算法

将堆内存空间划分成两部分，from区和to区

新创建的对象会被放入到from区。进行垃圾回收的时候，将from区中存活的对象复制到to区

然后将from区和to区互相换个名字

缺点： 堆内存空间利用低

3、标记整理算法

根据可达性分析算法，将所有存活的对象进行标记

整理阶段，将所有存活的对象放到堆的一端，之后清理掉这些对象的内存。

缺点： 整理的效率低

4、分代垃圾回收

将堆内存分为新生代、老年代

新生代又分为：伊甸园、幸存区from、幸存区to

新创建的对象会被放到伊甸园中。

如果伊甸园满了，则会进行Minor GC。

将伊甸园和幸存区from中的存活对象复制到幸存区to中。

清理伊甸园和幸存区from。之后幸存区from、幸存区to互换名字

每次发生MInor GC时，存活的对象年龄 + 1，当到达15时，则会被放到老年代中。

如果老年代满了，首先会触发Minor GC，如果新生代还是放不下，则会触发Full GC。

如果Full GC之后，老年代还放不下，则会爆出OOM。

14. 分代GC算法为什么将堆分成新生代和老年代？

答：

• 新生代和老年代可以使用不同的回收算法，更灵活。
• 可以通过调整新生代和老年代大小的比例，来适应不同的应用程序。

15. 有哪些常用的垃圾回收器

答：

单线程的垃圾回收器：

• Serial 回收新生代、采用复制算法
• SerialOld 回收老年代、采用标记-整理算法
• 缺点：单核CPU优异，多核CPU吞吐量不如其他垃圾回收器。

多线程的垃圾回收器：

• ParNew 回收新生代、采用复制算法
• CMS(Concurrent Mark Sweep) 回收老年代、采用标记-清除算法
• 会产生内存碎片

G1垃圾回收器

• JDK 9之后，默认的垃圾回收器
• 回收年轻代、老年代 采用复制算法

16. 内存泄漏的原因

答：

• 大量的数据被静态变量长期引用。
• 资源没有关闭