JVM面试之多的是我不知道的事

本文主要是介绍JVM面试之多的是我不知道的事，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

1:JVM内存模型

Arthas:Alibaba开源的Java诊断工具，采用命令行交互模式，提供了丰富的功能，是排查jvm相关问题的利器。
jvm中每调用一个方法就会生成一个栈帧，放在栈空间
栈区分为虚拟机栈和本地栈
虚拟机栈存储java方法的栈帧，本地栈存储native方法的栈帧
程序计数器：存放每一个线程执行到了方法的哪一步，每个线程都有程序计数器
程序计数器在jvm相当于记录指令的内存地址（指令执行到哪一步了）
本地栈是没有程序计数器的，因为本地方法是C/C++的，java无法计数，程序计数器一直是0

方法区：class类信息，静态变量，常量
在jdk1.8之前，方法区是堆内的一块连续的区域
在jdk1.8之后，方法区从jvm内存移出来了，变成元数据区（MetaSpace）,移到了操作系统之中

堆：存放对象，数组
堆分为新生代，老年代。默认新生代占堆内存的1/3,老年代占堆内存的2/3。
新生代分为Eden区和两个Surrivor区(2/10)，Eden区占新生代的（8/10）

2：java类加载过程，什么是双亲委派机制，有什么作用

public class classLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
       //父子关系 AppClassLoader<-ExtClassLoader<-BootStrap ClassLoader
        ClassLoader cl1=classLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println("cl1->"+cl1);
        System.out.println("parent of cl1->"+cl1.getParent());
        //打印出null，因为BootStrap ClassLoader由C++开发，是JVM虚拟机的一部分，本身不是JAVA类
        System.out.println("grandparent of cl1->"+cl1.getParent().getParent());

        ClassLoader cl2=String.class.getClassLoader();

        //String 和 java.util.List 这两个类是JVM启动的时候就会默认加载到JVM进程中的，它们的ClassLoader打印出来都是null
        //这就说明这个null是jvm内存还空无一物的时候，由底层C++初始化的ClassLoader
        System.out.println("cl2->"+cl2);
        System.out.println(cl1.loadClass("java.util.List").getClass().getClassLoader());
    }
}

JAVA的类加载器：AppClassLoader<-ExtClassLoader<-BootStrap ClassLoader
每种类加载器都有自己的加载目录

/**
     * Loads the class with the specified <a href="#name">binary name</a>.  The
     * default implementation of this method searches for classes in the
     * following order:
     *
     * <ol>
     *
     *   <li><p> Invoke {@link #findLoadedClass(String)} to check if the class
     *   has already been loaded.  </p></li>
     *
     *   <li><p> Invoke the {@link #loadClass(String) <tt>loadClass</tt>} method
     *   on the parent class loader.  If the parent is <tt>null</tt> the class
     *   loader built-in to the virtual machine is used, instead.  </p></li>
     *
     *   <li><p> Invoke the {@link #findClass(String)} method to find the
     *   class.  </p></li>
     *
     * </ol>
     *
     * <p> If the class was found using the above steps, and the
     * <tt>resolve</tt> flag is true, this method will then invoke the {@link
     * #resolveClass(Class)} method on the resulting <tt>Class</tt> object.
     *
     * <p> Subclasses of <tt>ClassLoader</tt> are encouraged to override {@link
     * #findClass(String)}, rather than this method.  </p>
     *
     * <p> Unless overridden, this method synchronizes on the result of
     * {@link #getClassLoadingLock <tt>getClassLoadingLock</tt>} method
     * during the entire class loading process.
     *
     * @param  name
     *         The <a href="#name">binary name</a> of the class
     *
     * @param  resolve
     *         If <tt>true</tt> then resolve the class
     *
     * @return  The resulting <tt>Class</tt> object
     *
     * @throws  ClassNotFoundException
     *          If the class could not be found
     */
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

根据上面代码解读类加载机制：
每次加载过的类都是有缓存的（通过底层C+代码做的），如果缓存中有，直接跳过if (c == null) ,如果缓存中没有，就去找parent if (parent != null),就让父类代替加载这个类，父类也会去找是否自己被加载过
parent为空，就进入下面的BootstrapClassLoader

 c = findBootstrapClassOrNull(name);

如果还是没有找到，就自己去找

双亲委派机制的核心如下图
要加载一个类（AppClassLoader），如果已经加载过，就直接返回，否则去找他的父类（ExtClassLoader），看父类有没有加载过，有直接返回，没有，就继续找ExtClassLoader的父类BootStrap ClassLoader，看有没有加载过，有就直接返回，没有的话，就如下图的右边部分，去BootStrap ClassLoader规定的路径去找BootStrap ClassLoader，找不到的话，就向下，去ExtClassLoader的规定加载路径找，再找不到，就交由应用程序自己加载，就去Class.path属性下去找
总结：向上委托查找，向下委托加载

双亲委派的作用：对java底层起保护作用,保护java底层的类不会被应用程序覆盖

比如，你自己再定义一个String类，可以写自己的main方法，如果可以这样，java就乱掉了，因为String还要进行其他的操作，就是对基础的类进行保护

如果我们自己写了一个String类,那么加载的时候，类加载器不会直接找自定义的String，而是向上找，一直找到BootStrap ClassLoader，因为BootStrap ClassLoader里面有一个String类，而不是去class，path下面找String

类加载过程：加载 ->连接 ->初始化
加载：通过双亲委派机制把class文件（字节码）加载到jvm内存之中，并映射成jvm认可的数据结构
连接 :resolveClass方法，是一个native方法

连接分为3个阶段：

• 1：验证：检查加载的字节信息是否符合JAVA虚拟机的规范，否则就会报错（黑客就无法通过自己写class的方式网JVM放入恶意的程序），保证class文件是通过java编译出来的
• 2：准备：创建类或者接口的静态变量并赋予初始值（半初始化状态）
  比如定义了静态变量 private final static String str=“123”; 会先在堆区初始化一个字符串占着空间，先给一个默认值（先给个空字符串，占着堆里面的内存），还不知道具体的值
• 3：解析：把常量池中的符号引用替换为直接引用，栈里面的str指针指向堆里面的内存

然后初始化
类加载完执行静态代码块和构造方法

类加载

3：一个对象从加载到JVM,再到被GC清除，都经历过什么过程

类的初始化：静态属性，静态代码块是在类的加载过程中加载的
对象的初始化：普通属性，构造方法是在对象创建的时候初始化的

对象的创建：

• 1 用户创建一个对象，JVM首先需要去方法区找对象的类型信息，然后再创建对象

• 2 JVM要实例化一个对象，首先要在堆中先创建一个对象，会涉及半初始化状态，

  • 半初始化状态：比如volatile里面的指令重排，就是对象创建的过程分为几个步骤，首先创建一个对象，然后给所有的成员变量分配一个默认值，这就是半初始化状态，然后在栈中创建一个指针，建立好对应关系，最后再执行初始化，把成员变量赋值成初始值，3个步骤就会有指令重排的风险

• 3：对象首先会分配在堆内存的新生代的Eden区，经过一次MinorGC（发生在新生代的GC），对象如果存活，就会从Eden区进入Surrivor区，再经过一次MinorGC，如果是垃圾，就被清理掉，如果不是，就移到另一个Surrivor区，并且给它的年龄加1,就这样，在两个sURRIVOR区之间来回拷贝，每移动一次，年龄加1。经过多次MinorGC发现这个对象依然存活，超过一定年龄之后，对象就会转入老年代，进入老年代之后，如果多次GC还是一直存活，直到方法运行结束，栈中的引用被移出， 没有引用指向这个对象，那么就会被老年代的GC进程回收

  • 年龄是什么？：对象在Surrivor区中的移动次数（4个bit，最大能记录15（1111））
  • 多大的年龄会转到老年代？：最大15次，超过15次转到老年代

• 4 当方法执行结束后，栈中的指针会移除掉

• 5堆中的对象，经过FullGC（发生在老年代）,就会被标记为垃圾，被GC线程清理掉

GC是推动对象在JVM内存中移动的关键

对象一定会创建在堆区吗？

不一定，在某些情况下，为了优化，会创建在栈区，当对象只在一个地方用的时候，会优先在栈中分配，在栈里分配，生命周期就变得比较简单，方法一结束，栈帧就没了，对象就移除了，就不用GC介入了

正常情况下，对象是要在堆上进行内存分配的，但是随着编译器优化技术的成熟，虽然虚拟机规范是这样要求的，但是具体实现上还是有些差别的。
如HotSpot虚拟机引入了JIT优化之后，会对对象进行逃逸分析，如果发现某一个对象并没有逃逸到方法外部，那么就可能通过标量替换来实现栈上分配，而避免堆上分配内存。
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原文链接：https://blog.csdn.net/wtmdcnm/article/details/104921377
JVM系列 - Java对象都是创建在堆内存中的吗？

4：怎么确定一个对象到底是不是垃圾，什么是GC Root?

比如拆房子，需要先把要拆的地方标记一个拆字，然后拆迁队就相当于垃圾回收器去拆

有两种定位垃圾的方式

• 1：引用计数：给堆内存中的每个对象记录一个应用个数，有指针指向它就证明它有用，当有另一个对象来引用它，引用计数加1，引用它新的对象被清除后，它的引用计数减1，引用计数大于0就有用。引用个数为0就认为是垃圾（这是早期JDK中使用的方式）

  • 引用计数缺点：没办法解决循环引用的情况（造成对象永远不会被清除，内存泄漏，内存泄漏到一定程度可能造成内存溢出（OOM），但是OOM不一定存在内存泄漏）

• 2：根可达算法：在内存中，从引用根对象（GC Root）向下一直找引用，能找到的就是存活对象，找不到的，即便有互相的引用，即便引用个数不为0也可以认为是垃圾

  • 到底哪些才是GC Root?
    在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
    虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）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。
    本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。栈区是运行到某个用到的对象的时候必须从栈开始引用，

根搜索算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的

5：JVM有哪些垃圾回收算法

垃圾回收算法是组成垃圾回收器的工具

• 1：MarkSweep标记清除算法
  分为两个阶段，这种算法简单，但是会产生大量的内存碎片，比如下图无法找到连续12个内存，但是可以使用的内存（绿色格子）是超过12个的，申请不到内存就会提前触发垃圾回收，寄希望于在下一次垃圾回收中清理出这样一块连续的内存，就能分配空间了，造成空间利用率低
  • 标记：把垃圾内存标记出来
  • 清除：直接将垃圾内存回收

• 2：Copying 拷贝算法：为了解决标记清除算法的内存碎片问题，就产生了拷贝算法
  内存分为大小相等的两半。每次只使用一半，垃圾回收之后，把上一半存活的对象到下一半，拷贝完之后，上面这一块内存就可以全部清除，这样内存全部都是连续的，就不会有内存碎片了
  弊端：浪费空间，这么大的内存只能用一半？而且效率跟存活对象的个数有关，如果存活对象多，那么移动的次数就会非常多，因为所有的存活对象都要移动
  

• 3：MarkCompack 标记压缩算法：为了解决拷贝算法的空间利用率问题，标记之后，在回收的阶段，不是直接清理内存，而是把存活的对象往一端移动 ，然后将端边界以外的所有内存直接清除，就不用分两半了，所有内存都可以用，也解决了拷贝算法每个存活对象必须移动的问题

这三种算法各有利弊，各有各自的适合场景

6：JVM有哪些垃圾回收器，它们都是怎么工作的？什么是STW,它们都发生在哪些阶段 ？什么是三色标记，如何解决错标记和漏标记的问题，为什么要设计这么多的垃圾回收器？

什么是STW

Stop the world .是在垃圾回收算法执行过程中，需要将JVM内存冻结的一种状态（比如要打扫卫生，就让房间里的其他人先停止制造垃圾，等我打扫完）在STW状态下，java的所有线程都是停止执行的，GC线程除外，native方法可以执行（因为调用的是底层C++的代码，跟JVM没有太大的关系），但是这些native方法不能与JVM进行交互，GC各种算法优化的重点，就是减少STW,同时，这也是JVM调优的重点。

JVM的垃圾回收器

Serial:串行，通知所有线程，我要垃圾回收了，开启一个GC线程，垃圾回收之后，这些线程再执行。就像踢足球，需要GC时，直接暂停，GC完了再继续
弊端:只开启了一个GC线程，效率较低，Serial是比较早期的垃圾回收器，在单CPU还可以，在多CPU架构下，性能就会下降，通常只适用于几十兆的内存空间（就像一个人打扫房子，房子大了就打扫不过来）

Parallel:并行，在Serial基础上，多开启几个GC线程进行垃圾回收

PS(Pprallel Scavenge)+PO(Parallel old)是jdk1.8默认的垃圾回收器
在多CPU的架构下，性能会比Serial高很多（很多人一起扫房子）

CMS（Concurrent Mark Sweep并行标记清除）:我们发现，很多人一起扫，也扫不过来
CMS是很重要的垃圾回收器，促进了垃圾回收器从分代到不分代的转变过程
核心思想是将STW打散，让一部分GC线程与用户线程并发执行，整个GC过程分为4个阶段

1：初始标记阶段：STW只标记出根对象直接引用的对象
2：并发标记：继续标记其他对象
3：重新标记：STW对并发执行阶段的对象进行重新标记
4：并发清除：并行，将产生的垃圾清除。清除过程中应用程序又会不断产生新的垃圾，这些垃圾叫浮动垃圾，留到下一次GC过程中清除

G1:Garbage First：垃圾优先
对于这个垃圾回收器，堆内存不再分新生代和老年代，而是把堆内存分为一个一个的小块，每一个小块叫做Region。逻辑上不分代，实际上是分代的。每个Region可以隶属于不同的年代

GC分为四个阶段
1：初始标记，标记出GC Root直接引用的对象。STW
2:标记Region，通过RSet标记出上一个阶段标记的Region引用到的Old区Region
RSet:Region中的一个小的数据结构，在每一个Region当中会有一个RSet，记录与当前Region有引用关系的Region。 是并发的，没有STW

3：并发标记阶段:跟CMS差不多，不过遍历的范围不再是整个OLD区，只需要标记第2步标记出来的Region

4：重新标记：跟CMS的重新标记差不多，方法不同。把并发标记过程中产生变化了的对象重新标记一下

5：垃圾清理：采用复制算法，直接将整个Region的信息复制到一个新的Region，这个阶段G1只选则垃圾较多的Region进行清理，而不是全部清理

ZGC和shennandoah逗孩子啊优化之中，是未来的垃圾回收器

CMS三色标记

三色标记是CMS中用来标记的机制，是CMS的核心算法
是一种逻辑上的抽象，将每个内存对象分成三种颜色，黑色表示自己和成员变量都已经标记完毕，灰色表示自己标记完了，成员变量还没有标记完，白色表示自己未标记完

错标记：

漏标记

为什么要设计这么多的垃圾回收器？

因为内存逐渐变大

7：如何进行JVM调优？JVM参数有哪些？怎么查看一个JAV进程的JVM参数

JVM调优主要就是通过定制JVM运行参数来提高JAVA应用程序的运行速度

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