【面试】Java JVM篇（一）

0、题目大纲

1、强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别？【第4讲】

2、请介绍类加载过程，什么是双亲委派模型？【第23讲】

3、谈谈JVM内存区域的划分，哪些区域可能发生OutOfMemoryError?【第25讲】

4、Java常见的垃圾收集器有哪些？【第27讲】
 - 追问1：说说垃圾收集大概过程？
 - 追问2：常见垃圾收集算法有哪些？【理解原理和优缺点足够】
 - 追问3：新生代为什么用复制算法？（*1）
 - 
5、谈谈你的GC调优思路?【第28讲】

6、Java内存模型中的happen-before是什么？【第29讲】

7、你用过哪些JVM参数？

一、内容

1、强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别？【第4讲】

主要是对象可达性和对垃圾收集的影响。

1）强引用是指向一个对象，就表明对象还“活着”，垃圾收集器不会碰。 普通的对象若没引用关系，只要超过引用作用域或显式赋值为null，就可以被垃圾收集，具体回收时机要看垃圾收集策略。
2）软引用可以让对象豁免一些垃圾收集，只有当 JVM 认为内存不足才会去试图回收。 JVM 在抛出 OutOfMemoryError 前会清理。软引用常用来实现内存敏感的缓存，内存空闲会暂时保留缓存，不足清理。
3）弱引用不能使对象豁免垃圾收集，仅提供一种访问对象的途径。 用来构建一种没有特定约束的关系，比如，维护非强制性映射关系，若试图获取时，对象在，就使用，不在重现实例化。
4）幻象/虚引用，不能通过它访问对象，仅提供对象被 finalize 后，做某些事情的机制，如监控对象的创建和销毁、Post-Mortem 清理和、Cleaner 机制。

2、请介绍类加载过程，什么是双亲委派模型？【第23讲】

类加载过程：3个主要步骤：加载、链接、初始化。

1）加载：将字节码从不同数据源读到 JVM 并映射为数据结构（Class 对象）。数据源可能是各种形态，如 jar 文件、class 文件、网络数据源等；如果不是 ClassFile 结构会抛出 ClassFormatError；可自定义类加载器。
2）链接：[核心步骤] 把原始类定义信息平滑转化入 JVM 运行的过程中。可细分为三个步骤：

验证：核验字节信息是否符合规范，不符被认为 VerifyError。防止恶意信息或不合规信息危害 JVM 的运行，验证阶段有可能触发更多 class 的加载。
准备：创建类或接口中的静态变量，并初始化静态变量的值。[ 分配所需要的内存空间，不会执行进一步 JVM 指令。]
解析：将常量池的符号引用替换为直接引用。在Java 虚拟机规范中，详细介绍了类、接口、方法和字段等各个方面的解析。

3）初始化：执行类初始化的代码，包括静态字段赋值、类定义静态初始化块内，编译器在编译阶段就会整理好这些，父类型比当前类型的初始化逻辑优先。

双亲委派模型：当类加载器试图加载某个类型时，除非父加载器找不到相应类型，否则尽量将这个任务代理给当前加载器的父加载器去做。目的是避免重复加载 Java 类型。

3、谈谈JVM内存区域的划分，哪些区域可能发生OutOfMemoryError?【第25讲】

JVM内存区域

1. 所有线程共享数据区有堆、方法区。

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1）堆：内存管理的核心区域。放置（几乎所有创建的）Java 对象实例。
堆也是垃圾收集器重点照顾区域，堆内空间被不同垃圾收集器进一步细分，有名的划分是新生代、老年代。
2）方法区：存储元（Meta）数据，如类结构信息、对应运行时常量池、字段、方法代码等。
由Hotspot JVM 实现，习惯将方法区称为永久代。Oracle JDK 8 中将永久代移除，同时增加了元数据区（Metaspace）。
- 运行时常量池：方法区的一部分。存放各种常量信息，不管是编译期生成的各种字面量，还是运行时决定的符号引用，比一般语言符号表存储信息更加宽泛。

2. 线程隔离的数据区有程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。

1）程序计数器：在 JVM 规范中，每个线程都有自己的程序计数器，并且任何时间一个线程都只有一个方法在执行，即当前方法。程序计数器会存储当前线程正执行方法的 JVM 指令地址；或是执行本地方法的未指定值（undefined）。
2）虚拟机栈：每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，内部保存一个个栈帧（Stack ，对应着Java 方法调用。
3）本地方法栈：和虚拟机栈非常相似，支持本地方法调用，每个线程都创建一个。

4、Java常见的垃圾收集器有哪些？【第27讲】

垃圾收集器名称	使用算法	适用年龄代	特性
Serial	复制算法	新生代	单线程,Client模式下的默认新生代收集器
ParNew	复制算法	新生代	Serial收集器的多线程版本，Server模式下的首选新生代收集器，常配合老年代的CMS GC工作
Parallel Scavenge	复制算法	新生代	多线程,吞吐率优先
Serial Old	标记 - 整理	老年代	单线程,主要在Client模式下使用
Parallel Old	标记 - 整理（和Serial类似，实现更复杂）	老年代	多线程，吞吐量优先
CMS	标记 - 清除	老年代	多线程, 停顿时间短,响应速度快
G1	-	-	可预期的GC停顿周期,分代收集,内存碎片整理

G1 GC：仍然存在着年代的概念，但是其内存结构并不是简单的条带式划分，而是类似棋盘的一个个 region。Region 之间是复制算法，但整体上实际可看作是标记 - 整理（Mark-Compact）算法，

CMS GC：常用于Web。存在内存碎片化问题，难以避免长时间运行等情况发生full GC，影响并发，占用CPU资源，和用户线程争抢

追问1：说说垃圾收集大概过程？

过程：
1、创建对象分配到Eden区域，空间占用达到阈值，触发minor GC；
2、再次minor GC后，Eden区域存活存活对象都会复制到to区域，存活年龄+1；
3、第 2 步发生多次，年龄超过阈值的对象会晋升到老年代；
4、老年代GC[不同GC有差异]：老年代无用对象清除后会整理对象，防止内存碎片化。

追问2：常见垃圾收集算法有哪些？【理解原理和优缺点足够】

主要分三类：

1）复制（Copying）算法：将活着对象复制到 to 区域，拷贝过程中将对象顺序放置，避免内存碎片化。代价是要提前预留内存空间，有一定浪费；另外，对G1 这种分拆成为大量 region 的 GC，复制而不是移动，意味着要维护 region 之间对象引用关系，内存和时间开销不小。（新生代 GC基本都基于复制算法）
2）标记 - 清除（Mark-Sweep）：先进行标记工作，标识出所有要回收的对象，然后进行清除。这么做除了标记、清除过程效率有限，另外就是不可避免的出现碎片化问题，不适合特别大的堆，因为一旦出现 Full GC，暂停时间可能无法接受。
3）标记 - 整理（Mark-Compact）：类似于标记 - 清除，但为避免内存碎片化，它会在清理过程中将对象移动，以确保移动后的对象占用连续的内存空间。

追问3：新生代为什么用复制算法？（*1）

拷贝过程中将对象顺序放置，避免内存碎片化。

5、谈谈你的GC调优思路?【第28讲】

调优思路总结：

1）理解需求，确定目标。

性能考虑：内存占用（footprint）、延时（latency）和吞吐量（throughput）。大多数会侧重1-2方面的目标。其他如OOM 可能与不合理 GC 参数有关；或应用启动速度方面需求。

2）确认必要性，定位问题。 掌握 JVM 和 GC 状态，确认GC 调优必要，定位具体问题。

1、假设，我们开发了一个应用服务，但发现偶尔会出现性能抖动，出现较长的服务停顿。评估用户可接受的响应时间和业务量，将目标简化为，希望 GC 暂停尽量控制在 200ms 以内，并且保证一定标准的吞吐量。
2、具体方法如 jstat 等工具查看 GC 状态，开启 GC 日志，或用操作系统提供诊断工具等。例如，通过追踪 GC 日志，就可以查找是不是 GC 在特定时间发生了长时间的暂停，进而导致了应用响应不及时。
3、需要思考选择GC 类型是否符合应用特征，如果是，具体问题表现在哪里，是 Minor GC 过长，还是 Mixed GC 等出现异常停顿情况；如果不是，考虑切换到什么类型，如 CMS 和 G1 都是更侧重于低延迟的 GC 选项。

3）分析调整，验证目标。 分析问题，确定调整参数或软硬件配置；验证是否达到调优目标，是则结束，否则重复分析、调整、验证过程。

6、Java内存模型中的happen-before是什么？【第29讲】

真正含义即关闭所有的编译器、操作系统和处理器的优化，所有指令顺序全部按照程序代码书写的顺序执行。去掉CPU高速缓存，让CPU的每次读写操作都直接与主存交互。

……

补充：Happen-before规则内容

程序次序规则：在单线程中，代码的执行是有序的，虽然可能会存在运行指令的重排序，但最终执行的结果和顺序执行的结果是一致的；

锁定规则：一个锁处于被一个线程锁定占用状态，那么只有当这个线程释放锁之后，其它线程才能再次获取锁操作；

volatile 变量规则：如果一个线程正在写 volatile 变量，其它线程读取该变量会发生在写入之后；

线程启动规则：Thread 对象的 start() 方法先行发生于此线程的其它每一个动作；

线程终结规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测；

对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的 finalize() 方法的开始；

传递性：如果操作 A happens-before 操作 B，操作 B happens-before 操作 C，那么操作 A happens-before 操作 C；

线程中断规则：对线程 interrupt() 方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。

7、你用过哪些JVM参数？

JVM参数	作用
-Xms	堆的最小空间大小
-Xmx	设置堆最大空间大小
-XX:NewSize	设置新生代最小空间大小
-XX:MaxNewSize	设置新生代最小空间大小

二、参考

1、被说烂了的Java垃圾回收算法，我带来了最“清新脱俗”的详细图解
2、可见性有序性，Happens-before来搞定
3、从Java多线程可见性谈Happens-Before原则
4、Java 内存区域概述
5、1.JVM中的五大内存区域划分详解及快速扫盲
6、深入理解JVM（1） : Java内存区域划分
7、JVM-新生代垃圾回收算法：复制算法