面试京东Java岗,三问JVM被刷,我回家后仔细总结了这份JVM面试题

前言

JVM作为一个重要的知识点,在面试中也是尤为重要的,面试之前就有朋友提醒过,要多去了解学习,从当前的一个就业形势来说,不仅对于基本操作内容要有良好的见地,面试官更多的也在考察你对他人不熟悉的技术点的认知情况。

其实在写出本篇文章之前,我也找过很多相关的知识点内容,并进行了了解,奈何没有上心,导致面试的时候纰漏百出,结果自然是遗憾退场! 所以今天在这里给大家把这次的知识点总结上! 文中内容也多有借鉴他人经验,中间也有我自己的一个想法在里面进行了再加工,希望能对大家下次的面试有所帮助。

那么,废话不多说,直接上干货......

一、java内存区域

1、jvm包含了哪几个模块,以及各个模块的作用?

这张图我们要印象深刻,JVM包含两个子系统和两个组件,两个子系统为Class loader(类装载)、Execution engine(执行引擎);两个组件为Runtime data area(运行时数据区)、Native Interface(本地接口)。

每个模块的作用:

(1)首先通过编译器把 Java 代码转换成字节码,

(2)类加载器(ClassLoader)再把字节码加载到内存中,将其放在运行时数据区(Runtime data area)的方法区内,

(3)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操作系统去执行,因此需要特定的命令解析器执行引擎(Execution Engine),将字节码翻译成底层系统指令,再交由 CPU 去执行,而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口(Native Interface)来实现整个程序的功能。

2、说一下 JVM 运行时数据区

Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存区域划分为若干个不同的数据区域。注意是在执行java程序的时候划分的,Java 虚拟机所管理的内存被划分为如下几个区域:

(1)程序计数器(Program Counter Register):当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值,来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、线程恢复等基础功能,都需要依赖这个计数器来完成;

(2)Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks):用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息;

(3)本地方法栈(Native Method Stack):与虚拟机栈的作用是一样的,只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的,而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的;

(4)Java 堆(Java Heap):Java 虚拟机中内存最大的一块,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都在这里分配内存;

(5)方法区(Methed Area):用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

3、说一下堆和栈的区别?

(1)物理内存

堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配,所以有各种算法。比如,标记-消除,复制,标记-压缩,分代(即新生代使用复制算法,老年代使用标记——压缩)

栈使用的是数据结构中的栈,先进后出的原则,物理地址分配是连续的。所以性能快。

(2)存放的内容

堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储

栈存放:局部变量,操作数栈,返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。

(3)程序的可见度

堆对于整个应用程序都是共享、可见的。

栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。

4、队列和栈是什么?有什么区别?

操作的名称不同(入队出队、入栈出栈),操作的位置不同(队头),方式不同。

二、java虚拟机中的对象

1、一个java对象是如何创建的?

(1)虚拟机遇到一条new指令时,先检查常量池是否已经加载相应的类,

(2)如果没有,必须先执行相应的类加载。

(3)类加载通过后,接下来分配内存。若Java堆中内存是绝对规整的,使用“指针碰撞“方式分配内存;如果不是规整的,就从空闲列表中分配,叫做”空闲列表“方式。

(4)划分内存时还需要考虑一个问题-并发,也有两种方式: CAS同步处理,或者本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。

(5)然后内存空间初始化操作,

(6)接着是做一些必要的对象设置(元信息、哈希码…),最后执行<init style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit;">方法。</init>

2、对象创建有哪几种方式?

Header 解释
使用new关键字 调用了构造函数
使用Class的newInstance方法 调用了构造函数
使用Constructor类的newInstance方法 调用了构造函数
使用clone方法 没有调用构造函数
使用反序列化 没有调用构造函数

3、如何为对象分配内存?

类加载完成后,接着会在Java堆中划分一块内存分配给对象。内存分配根据Java堆是否规整,有两种方式:

(1)指针碰撞:如果Java堆的内存是规整,即所有用过的内存放在一边,而空闲的的放在另一边。分配内存时将位于中间的指针指示器向空闲的内存移动一段与对象大小相等的距离,这样便完成分配内存工作。

(2)空闲列表:如果Java堆的内存不是规整的,则需要由虚拟机维护一个列表来记录那些内存是可用的,这样在分配的时候可以从列表中查询到足够大的内存分配给对象,并在分配后更新列表记录。

选择哪种分配方式是由 Java 堆是否规整来决定的,而 Java 堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

4、为对象分配内存时,如何处理并发安全问题?

对象的创建在虚拟机中是一个非常频繁的行为,哪怕只是修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也是不安全的,可能出现正在给对象 A 分配内存,指针还没来得及修改,对象 B 又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案:

5、如何定位一个堆上的对象?

Java程序需要通过 JVM 栈上的引用访问堆中的具体对象。对象的访问方式取决于 JVM 虚拟机的实现。目前主流的访问方式有 句柄 和 直接指针 两种方式。

(1)指针:如果使用直接指针访问,引用 中存储的直接就是对象地址,那么Java堆对象内部的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。

(2)句柄:句柄不直接指向对象,而是指向对象的指针,再由对象的指针指向对象的真实内存地址,句柄中包含了对象实例数据对象类型数据各自的具体地址信息。

6、Java会存在内存泄漏吗?请简单描述

内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说,Java是有GC垃圾回收机制的,也就是说,不再被使用的对象,会被GC自动回收掉,自动从内存中清除。

但是,即使这样,Java也还是存在着内存泄漏的情况,java导致内存泄露的原因很明确:长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露,尽管短生命周期对象已经不再需要,但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收,这就是java中内存泄露的发生场景。

三、垃圾回收

1、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。

回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃,Java 提供的 GC 功能可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动

回收内存的目的,Java 语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法

2、垃圾回收器的基本原理是什么?垃圾回收器可以马上回收内存吗?有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收?

(1)对于GC来说,当程序员创建对象时,GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用情况。通常,GC采用有向图的方式记录和管理堆(heap)中的所有对象。通过这种方式确定哪些对象是"可达的",哪些对象是"不可达的"。当GC确定一些对象为"不可达"时,GC就有责任回收这些内存空间。

(2)垃圾回收器可以马上回收内存。

(3)程序员可以手动执行System.gc(),通知GC运行,但是Java语言规范并不保证GC一定会执行。

3、Java 中都有哪些引用类型?

(1)强引用:发生 gc 的时候不会被回收。

(2)软引用:有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收。

(3)弱引用:有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收。

(4)虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

4、怎么判断对象是否可以被回收?

垃圾收集器在做垃圾回收的时候,首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收的,哪些对象是「存活」的,是不可以被回收的;哪些对象已经「死掉」了,需要被回收。

一般有两种方法来判断:

(1)引用计数器法:为每个对象创建一个引用计数,有对象引用时计数器 +1,引用被释放时计数 -1,当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题;

(2)可达性分析算法:从 GC Roots 开始向下搜索,搜索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时,则证明此对象是可以被回收的。

5、在Java中,对象什么时候可以被垃圾回收?

当对象对当前使用这个对象的应用程序变得不可触及的时候,这个对象就可以被回收了。
垃圾回收会发生在永久代,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)。

6、说一下 JVM 有哪些垃圾回收算法?

(1)标记-清除算法:标记无用对象,然后进行清除回收。缺点:效率不高,无法清除垃圾碎片。

(2)复制算法:按照容量划分二个大小相等的内存区域,当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上,然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点:内存使用率不高,只有原来的一半。

(3)标记-整理算法:标记无用对象,让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清除掉端边界以外的内存。缺点:仍需要进行局部对象移动,一定程度上降低了效率。

(4)分代算法:根据对象存活周期的不同将内存划分为几块,一般是新生代和老年代,新生代基本采用复制算法,老年代采用标记整理算法。

7、说一下 JVM 有哪些垃圾回收器?

其中用于回收新生代的收集器包括Serial、PraNew、Parallel Scavenge,回收老年代的收集器包括Serial Old、Parallel Old、CMS,还有用于回收整个Java堆的G1收集器。不同收集器之间的连线表示它们可以搭配使用。

(1)Serial收集器(复制算法): 新生代单线程收集器,标记和清理都是单线程,优点是简单高效;

(2)ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器,实际上是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现;

(3)Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器,追求高吞吐量,高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间),高吞吐量可以高效率的利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,适合后台应用等对交互相应要求不高的场景;

(4)Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器,Serial收集器的老年代版本;

(5)Parallel Old收集器 (标记-整理算法):老年代并行收集器,吞吐量优先,Parallel Scavenge收集器的老年代版本;

(6)CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器(标记-清除算法):老年代并行收集器,以获取最短回收停顿时间为目标的收集器,具有高并发、低停顿的特点,追求最短GC回收停顿时间。

(7)G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法):Java堆并行收集器,G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器,G1收集器基于“标记-整理”算法实现,也就是说不会产生内存碎片。此外,G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是:G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代,老年代),而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

8、介绍一下 CMS 垃圾回收器?

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称,是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上,这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。

CMS 使用的是标记-清除的算法实现的,所以在 gc 的时候回产生大量的内存碎片,当剩余内存不能满足程序运行要求时,系统将会出现 Concurrent Mode Failure,临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除,此时的性能将会被降低。

9、简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

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比总空间的 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,它的执行流程如下:

(1)把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区;

(2)清空 Eden 和 From Survivor 分区;

(3)From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回,一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

四、内存分配策略

1、简述java内存分配与回收策率?

所谓自动内存管理,最终要解决的也就是内存分配和内存回收两个问题。前面我们介绍了内存回收,这里我们再来聊聊内存分配。

对象的内存分配通常是在 Java 堆上分配(随着虚拟机优化技术的诞生,某些场景下也会在栈上分配,后面会详细介绍),对象主要分配在新生代的 Eden 区,如果启动了本地线程缓冲,将按照线程优先在 TLAB 上分配。少数情况下也会直接在老年代上分配。总的来说分配规则不是百分百固定的,其细节取决于哪一种垃圾收集器组合以及虚拟机相关参数有关。

2、简述Minor GC和Major GC?

多数情况,对象都在新生代 Eden 区分配。当 Eden 区分配没有足够的空间进行分配时,虚拟机将会发起一次 Minor GC。如果本次 GC 后还是没有足够的空间,则将启用分配担保机制在老年代中分配内存。

这里我们提到 Minor GC,如果你仔细观察过 GC 日常,通常我们还能从日志中发现 Major GC/Full GC。

(1)Minor GC 是指发生在新生代的 GC,因为 Java 对象大多都是朝生夕死,所有 Minor GC 非常频繁,一般回收速度也非常快;

(2)Major GC/Full GC 是指发生在老年代的 GC,出现了 Major GC 通常会伴随至少一次 Minor GC。Major GC 的速度通常会比 Minor GC 慢 10 倍以上。

3、对象何时进入老年代

所谓大对象是指需要大量连续内存空间的对象,频繁出现大对象是致命的,会导致在内存还有不少空间的情况下提前触发 GC 以获取足够的连续空间来安置新对象。

(1)如果大对象直接在新生代分配就会导致 Eden 区和两个 Survivor 区之间发生大量的内存复制。因此对于大对象都会直接在老年代进行分配。

(2)虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄的计数器,如果对象在 Eden 区出生,并且能够被 Survivor 容纳,将被移动到 Survivor 空间中,这时设置对象年龄为 1。对象在 Survivor 区中每「熬过」一次 Minor GC 年龄就加 1,当年龄达到一定程度(默认 15) 就会被晋升到老年代。

五、类加载机制

1、描述一下JVM加载Class文件的原理机制

Java中的所有类,都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类,而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。类装载方式,有两种 :

(1)隐式装载, 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时,隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中,

(2)显式装载, 通过class.forname()等方法,显式加载需要的类

Java类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中,至于其他类,则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。

2、什么是类加载器,类加载器有哪些?

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。

3、说一下类装载的执行过程?

类装载分为以下 5 个步骤:

(1)加载:根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入;

(2)验证:检查加载的 class 文件的正确性;

(3)准备:给类中的静态变量分配内存空间;

(4)解析:虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示,而在直接引用直接指向内存中的地址;

(5)初始化:对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

4、什么是双亲委派模型?

双亲委派模型:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一层的类加载器都是如此,这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载无法完成加载请求(它的搜索范围中没找到所需的类)时,子加载器才会尝试去加载类。

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。

5、类的生命周期?

类的生命周期包括这几个部分,加载、连接、初始化、使用和卸载,其中前三部是类的加载的过程,如下图;

(1)加载,查找并加载类的二进制数据,在堆中也创建一个java.lang.Class类的对象

(2)连接,连接又包含三块内容:验证、准备、初始化。1)验证,文件格式、元数据、字节码、符号引用验证;2)准备,为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值;3)解析,把类中的符号引用转换为直接引用

(3)初始化,为类的静态变量赋予正确的初始值

(4)使用,new出对象程序中使用

(5)卸载,执行垃圾回收

六、JVM调优

1、说一下 JVM 调优的工具?

JDK 自带了很多监控工具,都位于 JDK 的 bin 目录下,其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

(1)jconsole:用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控;

(2)jvisualvm:JDK 自带的全能分析工具,可以分析:内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

2、常用的 JVM 调优的参数都有哪些?

-Xms2g:初始化推大小为 2g;

-Xmx2g:堆最大内存为 2g;

-XX:NewRatio=4:设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4;

-XX:SurvivorRatio=8:设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2;

–XX:+UseParNewGC:指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合;

-XX:+UseParallelOldGC:指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合;

-XX:+UseConcMarkSweepGC:指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合;

-XX:+PrintGC:开启打印 gc 信息;

-XX:+PrintGCDetails:打印 gc 详细信息。

OK,jvm系列的面试题,我找了找其他的,基本上都一样,里面我补充了一部分,也去掉了一部分。

最后,今天的分享到这里就结束了,以上的内容大家可以多在面试之前之前去突击一下,相信会有不错效果出现, 如需获取更多面试资料请在后台私信: 面试 获取即可!

全网最全的大厂面试真题都在这里了

感谢阅读,关注、转发、评论表明一下你对小编的支持,也是很不错的!后续将分享更多干货给大家!>_<