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最后一课时我们来分析常见的 JVM 面试题。 市面上关于 JVM 的面试题实在太多了,本课程中的第 02 ~ 06 课时是理论面试题的重灾区,并且是比较深入的题目,而本课时则选取了一些基础且常见的题目。 有些面试题是开放性的,而有些面试题是知识性的,要注意区别。面试题并没有标准答案,尤其是开放性题目,你需要整理成白话文,来尽量的展示自己。如果你在回答的过程中描述了一些自己不是很熟悉的内容,可能会受到追问。所以,根据问题,建议整理一份适合自己的答案,这比拿来主义更让人印象深刻。 #### 勘误 我们来回忆一下课程中曾讲解过的容易出错或模糊的知识点。 不知你是否还记得?我们在每一课时的讲解中,都有聚焦的点,不同的问法可能会有不同的回答,要注意。 #### 对象在哪里分配? 在第 02 课时中,谈到了数组和对象是堆上分配,当学完第 22 课时的逃逸分析后,我们了解到并不完全是这样的。由于 JIT 的存在,如果发现某些对象没有逃逸出方法,那么就有可能被优化成了栈上分配。 #### CMS 是老年代垃圾回收器? 初步印象是,但实际上不是。根据 CMS 的各个收集过程,它其实是一个涉及年轻代和老年代的综合性垃圾回收器。在很多文章和书籍的划分中,都将 CMS 划分为了老年代垃圾回收器,加上它主要作用于老年代,所以一般误认为是。 #### 常量池问题 常量池的表述有些模糊,在此细化一下,注意我们指的是 Java 7 版本之后。 JVM 中有多个常量池: * 字符串常量池,存放在堆上,也就是执行 intern 方法后存的地方,class 文件的静态常量池,如果是字符串,则也会被装到字符串常量池中。 * 运行时常量池,存放在方法区,属于元空间,是类加载后的一些存储区域,大多数是类中 constant_pool 的内容。 * 类文件常量池,也就是 constant_pool,这个是概念性的,并没有什么实际存储区域。 在平常的交流过程中,聊的最多的是字符串常量池,具体可参考官网。 #### ZGC 支持的堆上限? Java 13 增加到 16TB,Java 11 还是 4 TB,技术在发展,请保持关注。 年轻代提升阈值动态计算的描述 在第 06 课时中对于年轻代“动态对象年龄判定”的表述是错误的。 参考代码 share/gc/shared/ageTable.cpp 中的 compute_tenuring_threshold 函数,重新表述为:程序从年龄最小的对象开始累加,如果累加的对象大小,大于幸存区的一半,则将当前的对象 age 作为新的阈值,年龄大于此阈值的对象则直接进入老年代。 这里说的一半,是通过 TargetSurvivorRatio 参数进行设置的。 #### 永久代 虽然课程一直在强调,是基于 Java 8+ 版本进行讲解的,但还是有读者提到了永久代。这部分知识容易发生混淆,面试频率也很高,建议集中消化一下。 ![](https://img.kancloud.cn/01/f4/01f4e89785f534346da5689c848e1d3c_1017x817.png) 上面是第 02 课时中的一张图,注意左半部分是 Java 8 版本之前的内存区域,右半部分是 Java 8 的内存区域,主要区别就在 Perm 区和 Metaspace 区。 Perm 区属于堆,独立控制大小,在 Java 8 中被移除了(JEP122),原来的方法区就在这里;Metaspace 是非堆,默认空间无上限,方法区移动到了这里。 #### 常见面试题 * [ ] JVM 有哪些内存区域?(JVM 的内存布局是什么?) JVM 包含堆、元空间、Java 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等内存区域,其中,堆是占用内存最大的一块,如下图所示。 ![](https://img.kancloud.cn/e9/e1/e9e1bcfce48aa30f337d291f3dc87e64_757x410.jpg) * [ ] Java 的内存模型是什么?(JMM 是什么?) JVM 试图定义一种统一的内存模型,能将各种底层硬件以及操作系统的内存访问差异进行封装,使 Java 程序在不同硬件以及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存,线程无法对主存储器直接进行操作,如果一个线程要和另外一个线程通信,那么只能通过主存进行交换,如下图所示。 ![](https://img.kancloud.cn/59/f2/59f2a8c8bf44b32329a5a9994688521a_1004x662.png) * [ ] JVM 垃圾回收时如何确定垃圾?什么是 GC Roots? JVM 采用的是可达性分析算法。JVM 是通过 GC Roots 来判定对象存活的,从 GC Roots 向下追溯、搜索,会产生一个叫做 Reference Chain 的链条。当一个对象不能和任何一个 GC Root 产生关系时,就判定为垃圾,如下图所示。 ![](https://img.kancloud.cn/a9/75/a97506fd80e7e6a76296704770cd4d68_1415x759.png) GC Roots 大体包括: * 活动线程相关的各种引用,比如虚拟机栈中 栈帧里的引用; * 类的静态变量引用; * JNI 引用等。 注意:要想回答的更详细一些,请参照第 05 课时中的内容。 * [ ] 能够找到 Reference Chain 的对象,就一定会存活么? 不一定,还要看 Reference 类型,弱引用在 GC 时会被回收,软引用在内存不足的时候会被回收,但如果没有 Reference Chain 对象时,就一定会被回收。 * [ ] 强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么? * 普通的对象引用关系就是强引用。 * 软引用用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时,系统则会回收软引用对象,如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。 * 弱引用对象相比软引用来说,要更加无用一些,它拥有更短的生命周期,当 JVM 进行垃圾回收时,无论内存是否充足,都会回收被弱引用关联的对象。 * 虚引用是一种形同虚设的引用,在现实场景中用的不是很多,它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。 * [ ] 你说你做过 JVM 参数调优和参数配置,请问如何查看 JVM 系统默认值 使用 -XX:+PrintFlagsFinal 参数可以看到参数的默认值,这个默认值还和垃圾回收器有关,比如 UseAdaptiveSizePolicy。 * [ ] 你平时工作中用过的 JVM 常用基本配置参数有哪些? 主要有 Xmx、Xms、Xmn、MetaspaceSize 等。 更加详细的可参照第 23 课时的参数总结,你只需要记忆 10 个左右即可,建议记忆 G1 相关的参数。面试时间有限,不会在这上面纠结,除非你表现的太嚣张了。 * [ ] 请你谈谈对 OOM 的认识 OOM 是非常严重的问题,除了程序计数器,其他内存区域都有溢出的风险。和我们平常工作最密切的,就是堆溢出,另外,元空间在加载的类非常多的情况下也会溢出,还有就是栈溢出,这个通常影响比较小。堆外也有溢出的可能,这个就比较难排查了。 * [ ] 你都有哪些手段用来排查内存溢出? 这个话题很大,可以从实践环节中随便摘一个进行总结,下面举一个最普通的例子。 内存溢出包含很多种情况,我在平常工作中遇到最多的就是堆溢出。有一次线上遇到故障,重新启动后,使用 jstat 命令,发现 Old 区一直在增长。我使用 jmap 命令,导出了一份线上堆栈,然后使用 MAT 进行分析,通过对 GC Roots 的分析,发现了一个非常大的 HashMap 对象,这个原本是其他同事做缓存用的,但是一个无界缓存,造成了堆内存占用一直上升,后来,将这个缓存改成 guava 的 Cache,并设置了弱引用,故障就消失了。 * [ ] GC 垃圾回收算法与垃圾收集器的关系? 常用的垃圾回收算法有标记清除、标记整理、复制算法等,引用计数器也算是一种,但垃圾回收器不使用这种算法,因为有循环依赖的问题。 ![](https://img.kancloud.cn/2d/6d/2d6ddb76a4242cd997aa0661e18c6068_757x461.jpg) 很多垃圾回收器都是分代回收的: * 对于年轻代,主要有 Serial、ParNew 等垃圾回收器,回收过程主要使用复制算法; * 老年代的回收算法有 Serial、CMS 等,主要使用标记清除、标记整理算法等。 我们线上使用较多的是 G1,也有年轻代和老年代的概念,不过它是一个整堆回收器,它的回收对象是小堆区 。 * [ ] 生产上如何配置垃圾收集器? ![](https://img.kancloud.cn/e5/ca/e5cab69791ec0322c9767b5664dbf40e_1197x275.png) 首先是内存大小问题,基本上每一个内存区域我都会设置一个上限,来避免溢出问题,比如元空间。通常,堆空间我会设置成操作系统的 2/3,超过 8GB 的堆,优先选用 G1。 然后我会对 JVM 进行初步优化,比如根据老年代的对象提升速度,来调整年轻代和老年代之间的比例。 接下来是专项优化,判断的主要依据是系统容量、访问延迟、吞吐量等,我们的服务是高并发的,所以对 STW 的时间非常敏感。 我会通过记录详细的 GC 日志,来找到这个瓶颈点,借用 GCeasy 这样的日志分析工具,很容易定位到问题。 * [ ] 怎么查看服务器默认的垃圾回收器是哪一个? 这通常会使用另外一个参数,即 -XX:+PrintCommandLineFlags,来打印所有的参数,包括使用的垃圾回收器。 * [ ] 假如生产环境 CPU 占用过高,请谈谈你的分析思路和定位。 ![](https://img.kancloud.cn/f2/99/f299309e1fbee7d2729c07b5643a9a61_757x316.jpg) 首先,使用 top -H 命令获取占用 CPU 最高的线程,并将它转化为十六进制。 然后,使用 jstack 命令获取应用的栈信息,搜索这个十六进制,这样就能够方便地找到引起 CPU 占用过高的具体原因。 * [ ] 对于 JDK 自带的监控和性能分析工具用过哪些? * jps:用来显示 Java 进程; * jstat:用来查看 GC; * jmap:用来 dump 堆; * jstack:用来 dump 栈; * jhsdb:用来查看执行中的内存信息。 * [ ] 栈帧都有哪些数据? 栈帧包含:局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。 ![](https://img.kancloud.cn/e5/f4/e5f4d933a03c82e93fd0aeb22cba38d9_757x439.jpg)   * [ ] JIT 是什么? 为了提高热点代码的执行效率,在运行时,虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码,并进行各种层次的优化,完成这个任务的编译器,就称为即时编译器(Just In Time Compiler),简称 JIT 编译器。 * [ ] Java 的双亲委托机制是什么? 双亲委托的意思是,除了顶层的启动类加载器以外,其余的类加载器,在加载之前,都会委派给它的父加载器进行加载,这样一层层向上传递,直到祖先们都无法胜任,它才会真正的加载,Java 默认是这种行为。 ![](https://img.kancloud.cn/9a/29/9a29f74771d2b94addde4c8c58f2a356_632x315.png) * [ ] 有哪些打破了双亲委托机制的案例? * Tomcat 可以加载自己目录下的 class 文件,并不会传递给父类的加载器; * Java 的 SPI,发起者是 BootstrapClassLoader,BootstrapClassLoader 已经是最上层了,它直接获取了 AppClassLoader 进行驱动加载,和双亲委派是相反的。 * [ ] 简单描述一下(分代)垃圾回收的过程 ![](https://img.kancloud.cn/b7/ad/b7ad2a1e95f340f36e8bafba27d9a537_757x277.jpg) 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。 当年轻代中的 Eden 区分配满的时候,就会触发年轻代的 GC(Minor GC),具体过程如下: * 在 Eden 区执行了第一次 GC 之后,存活的对象会被移动到其中一个 Survivor 分区(以下简称 from); * Eden 区再次 GC,这时会采用复制算法,将 Eden 和 from 区一起清理,存活的对象会被复制到 to 区,接下来,只要清空 from 区就可以了。 * [ ] CMS 分为哪几个阶段? * 初始标记 * 并发标记 * 并发预清理 * 并发可取消的预清理 * 重新标记 * 并发清理 由于《深入理解 Java 虚拟机》一书的流行,面试时省略**并发清理、并发可取消的预清理**这两个阶段,一般也是没问题的。 * [ ] CMS 都有哪些问题? * 内存碎片问题,Full GC 的整理阶段,会造成较长时间的停顿; * 需要预留空间,用来分配收集阶段产生的“浮动垃圾”; * 使用更多的 CPU 资源,在应用运行的同时进行堆扫描; * 停顿时间是不可预期的。 * [ ] 你使用过 G1 垃圾回收器的哪几个重要参数? ![](https://img.kancloud.cn/fc/d9/fcd9080d39ecf722affe0fe79d0a301c_757x338.jpg) 最重要的是 MaxGCPauseMillis,可以通过它设定 G1 的目标停顿时间,它会尽量去达成这个目标。G1HeapRegionSize 可以设置小堆区的大小,一般是 2 的次幂。InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发 GC 时的堆内存占用百分比,G1 用它来触发并发 GC 周期,基于整个堆的使用率,而不只是某一代内存的使用比例,默认是 45%。 * [ ] GC 日志的 real、user、sys 是什么意思? * real 指的是从开始到结束所花费的时间,比如进程在等待 I/O 完成,这个阻塞时间也会被计算在内。 * user 指的是进程在用户态(User Mode)所花费的时间,只统计本进程所使用的时间,是指多核。 * sys  指的是进程在核心态(Kernel Mode)所花费的 CPU 时间量,即内核中的系统调用所花费的时间,只统计本进程所使用的时间。 * [ ] 什么情况会造成元空间溢出? 元空间默认是没有上限的,不加限制比较危险。当应用中的 Java 类过多时,比如 Spring 等一些使用动态代理的框架生成了很多类,如果占用空间超出了我们的设定值,就会发生元空间溢出。 * [ ] 什么时候会造成堆外内存溢出? 使用了 Unsafe 类申请内存,或者使用了 JNI 对内存进行操作,这部分内存是不受 JVM 控制的,不加限制使用的话,会很容易发生内存溢出。 * [ ] SWAP 会影响性能么? 当操作系统内存不足时,会将部分数据写入到 SWAP ,但是 SWAP 的性能是比较低的。如果应用的访问量较大,需要频繁申请和销毁内存,那么很容易发生卡顿。一般在高并发场景下,会禁用 SWAP。 * [ ] 有什么堆外内存的排查思路? 进程占用的内存,可以使用 top 命令,看 RES 段占用的值,如果这个值大大超出我们设定的最大堆内存,则证明堆外内存占用了很大的区域。 使用 gdb 命令可以将物理内存 dump 下来,通常能看到里面的内容。更加复杂的分析可以使用 Perf 工具,或者谷歌开源的 GPerftools。那些申请内存最多的 native 函数,就很容易找到。 * [ ] HashMap 中的 key,可以是普通对象么?有什么需要注意的地方? Map 的 key 和 value 可以是任何类型,但要注意的是,一定要重写它的 equals 和 hashCode 方法,否则容易发生内存泄漏。 * [ ] 怎么看死锁的线程? 通过 jstack 命令,可以获得线程的栈信息,死锁信息会在非常明显的位置(一般是最后)进行提示。 * [ ] 如何写一段简单的死锁代码? 详情请见第 15 课时的 DeadLockDemo,笔试的话频率也很高。 * [ ] invokedynamic 指令是干什么的? invokedynamic 是 Java 7 版本之后新加入的字节码指令,使用它可以实现一些动态类型语言的功能。我们使用的 Lambda 表达式,在字节码上就是 invokedynamic 指令实现的,它的功能有点类似反射,但它是使用方法句柄实现的,执行效率更高。 * [ ] volatile 关键字的原理是什么?有什么作用? 使用了 volatile 关键字的变量,每当变量的值有变动的时候,都会将更改立即同步到主内存中;而如果某个线程想要使用这个变量,就先要从主存中刷新到工作内存,这样就确保了变量的可见性。 一般使用一个 volatile 修饰的 bool 变量,来控制线程的运行状态。 ``` volatile boolean stop = false; void stop(){ this.stop = true; } void start(){ new Thread(()->{ while (!stop){ //sth } }).start(); } ``` * [ ] 什么是方法内联? 为了减少方法调用的开销,可以把一些短小的方法,比如 getter/setter,纳入到目标方法的调用范围之内,这样就少了一次方法调用,速度就能得到提升,这就是方法内联的概念。 * [ ] 对象是怎么从年轻代进入老年代的? 在下面 4 种情况下,对象会从年轻代进入到老年代。 * 如果对象够老,则会通过提升(Promotion)的方式进入老年代,一般根据对象的年龄进行判断。 * 动态对象年龄判定,有的垃圾回收算法,比如 G1,并不要求 age 必须达到 15 才能晋升到老年代,它会使用一些动态的计算方法。 * 分配担保,当 Survivor 空间不够的时候,则需要依赖其他内存(指老年代)进行分配担保,这个时候,对象也会直接在老年代上分配。 * 超出某个大小的对象将直接在老年代上分配,不过这个值默认为 0,意思是全部首选 Eden 区进行分配。 ![](https://img.kancloud.cn/45/32/4532b0d62f1013d7acef92fafcf6860c_757x621.jpg) * [ ] safepoint 是什么? 当发生 GC 时,用户线程必须全部停下来,才可以进行垃圾回收,这个状态我们可以认为 JVM 是安全的(safe),整个堆的状态是稳定的。 ![](https://img.kancloud.cn/e4/7d/e47d6e88b66a7c63d79946a15913969e_757x350.jpg) 如果在 GC 前,有线程迟迟进入不了 safepoint,那么整个 JVM 都在等待这个阻塞的线程,造成了整体 GC 的时间变长。 * [ ] MinorGC、MajorGC、FullGC 都什么时候发生? MinorGC 在年轻代空间不足的时候发生,MajorGC 指的是老年代的 GC,出现 MajorGC 一般经常伴有 MinorGC。 FullGC 有三种情况:第一,当老年代无法再分配内存的时候;第二,元空间不足的时候;第三,显示调用 System.gc 的时候。另外,像 CMS 一类的垃圾回收器,在 MinorGC 出现 promotion failure 的时候也会发生 FullGC。 * [ ] 类加载有几个过程? 加载、验证、准备、解析、初始化。 ![](https://img.kancloud.cn/f0/75/f075a2f0bc0d2e0a6266347a83b2646d_530x456.png) * [ ] 什么情况下会发生栈溢出? 栈的大小可以通过 -Xss 参数进行设置,当递归层次太深的时候,则会发生栈溢出。 * [ ] 生产环境服务器变慢,请谈谈诊断思路和性能评估? 希望第 11 课时和第 16 课时中的一些思路,能够祝你一臂之力。下图是第 11 课时的一张影响因素的全景图。 ![](https://img.kancloud.cn/a7/6e/a76e8b620e21c768dc24d0c9a0f093ae_757x457.jpg) 从各个层次分析代码优化的手段,如下图所示: ![](https://img.kancloud.cn/69/51/6951d7dab2bb350592b8fc9e89867762_1273x768.png) 如果你应聘的是比较高级的职位,那么可以说一下第 23 课时中的最后总结部分。 #### 小结 本课时我们首先修正了一些表述错误的知识点;然后分析了一些常见的面试题,这些面试题的覆盖率是非常有限的,因为很多细节都没有触及到,更多的面试题还需要你自行提取、整理,由于篇幅有限,这里不再重复。 到现在为止,我们的课程内容就结束了。本课程的特色主要体现在实践方面,全部都是工作中的总结和思考;辅之以理论,给你一个在工作中,JVM 相关知识点的全貌。当然,有些课时的难度是比较高的,需要你真正的实际操作一下。 写作的过程中难免会有遗漏的知识点,可通过拉勾客服人员加入本课程的读者群一起讨论;如果你觉得课程不错,从中有所收获的话,不要忘了推荐给身边的朋友哦。前路漫漫,一起加油。