2.Java系列之JVM面试题总结

1. 什么情况下会发生栈内存溢出

栈分配空间太小，或执行的方法递归层数太多创建了太多的栈帧导致溢出
解决方案：配置-Xss参数增加线程栈大小，优化程序也至关重要

2. JVM的内存结构，Eden和Survivor的比例

内存结构：

• 堆：存放对象
• 方法区： 存放类和变量
• JAVA虚拟机栈：存放运行时栈帧
• 本地方法栈
• 程序计数器

Eden区是一块，Survivor是两块，均属于堆中的新生代
Eden和Survivor的比例是8：1：1，可以通过-XX:SurvivorRatio来设定

从 JDK 1.8 开始，移除永久代，并把方法区移至元空间，它位于本地内存中，而不是虚拟机内存中。方法区是一个 JVM 规范，永久代与元空间都是其一种实现方式。在 JDK 1.8 之后，原来永久代的数据被分到了堆和元空间中。元空间存储类的元信息，静态变量和常量池等放入堆中

3. JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor

• 共享内存区 = 持久代 + 堆
• 持久代 = 方法区 + 其他
• 堆 = 新生代 + 老年代 （1:2通过-XX:NewRatio设置）
• 新生代 = Eden + S0 + S1(8:1:1通过-XX:SurvivorRatio设置)

Survivor具有预筛选保证，只有对象经历了16次Minor GC才会被送到老年代，Survivor可以减少被送到老年代的对象，进而减少Full GC发生。有两个Survivor，在Minor GC后，可以保证一个为空，另一个非空且无内存碎片

4. JVM中一次完整的GC流程是怎样的，对象如何晋升到老年代，说说你知道的几种主要的JVM参数

完整GC流程：

• 当Eden区满了，JVM触发一次Minor GC，以收集新生代的垃圾，存活下来的对象，会被转移到Survivor区
• 大对象(如很长的字符串)直接进入老年代
• 如果对象在Eden出生，每经历过一次MinorGC，并且被Survivor容纳的话，年龄加1，直到年龄超过15，就会进入老年代
• Major GC发生在老年代，通常会伴随着至少一次Minor GC，比Minor GC慢10倍以上

-Xss: 栈容量
-Xms：设置最小堆内存
-Xmx：设置最大堆内存
-Xmn10M：设置新生代10M
-XX:SurvivorRatio=8：设置Eden、Survivor比例8:1
-XX:PermSize=32M：永久代最小内存32M
-XX:MaxPermSize=64M：永久代最大扩展内存64M
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：堆内存溢出时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后分析

5. 你知道哪几种垃圾收集器，各自的优缺点，重点讲下cms和G1，包括原理，流程，优缺点

• Serial收集器：新生代单线程的收集器，收集垃圾时，必须stop the world,使用复制算法

• ParNew收集器：新生代Serial多线程版本收集器，也需要stop the world,使用复制算法

• Paraller Scavenge收集器：新生代并发的多线程收集器，目标达到一个可控的吞吐量，使用复制算法

• Serial Old收集器： 是Serial收集器的老年代版本，单线程，使用标记整理算法

• Parallel Old收集器: Parallel Scavenge收集器的老年代版本，多线程，使用标记整理算法

• CMS收集器：是一种以最短回收停顿时间为目标的老年代收集器，使用标记清除算法，运行过程:初始标记-并发标记-重新标记-并发清除，收集后会产生大量空间碎片

• G1收集器：可作用于新生代与老年代，是标记整理算法，运行过程:初始标记-并发标记-最终标记-筛选标记，不会产生碎片，可以精确的控制停顿

-	CMS收集器	G1收集器
算法类型	标记-清除	标记-整理
收集范围	老年代	新生代、老年代
目标	最短的停顿时间为目标	可预测的垃圾回收时间

6. 垃圾回收算法的实现原理

• 引用计数法 堆中每个对象拥有一个引用计数。被引用一次，计数加1，被引用变量值变为null,则计数减1，直到计算为0，则表示变为无用对象。缺点是无法识别循环引用对象
• 引用可达法(根搜索算法) 从一个节点GC ROOT开始，寻找一个引用的节点，找到后，继续寻找这个节点的引用节点，寻找完毕后，剩余的节点则认为是没有被引用的对象

追问：GC ROOT有哪些？

• 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引用的对象

7. 当出现了内存溢出，你怎么排错

JVM除了程序计数器其他区域都可能发生内存溢出

堆溢出OutOfMemoryError
用visualVM工具分析堆快照(-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError)
如果发生内存泄漏

1. 找到泄漏的对象 2）找到泄漏对象的GC ROOT 3)根据泄漏对象和GC ROOT找到导致内存泄漏的代码 4) 设法排除泄漏对象和GC ROOT的连接
   如果不存在内存泄漏，看下能否增大JVM堆的容量

栈溢出
一般由于递归，导致栈空间不足，发生OutOfMemoryError：Java heap space说明运行时常量池移到了堆中

方法区溢出
方法区是存放类的地方。如果多个项目有多个相同jar,且都在WEB-INF/lib下，则每个项目都会加载一遍jar,会导致方法区有大量相同类，又不会被GC,则可建立共享lib库，否则尝试增加-XX:MaxPermSize

8. JVM内存模型的相关知识了解多少，比如重排序，内存屏障，happen-before，主内存，工作内存等

Java内存模型：
Java模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每个线程有自己的工作内存，线程的工作内存保存了所使用变量主内存的副本拷贝。
线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存。
不同线程之间无法访问对方工作内存的变量，线程间变量传递依赖于主内存。

指令重排:
处理器将指令乱序执行，可以大大提高执行效率，这就是指令重排

内存屏障:
内存屏障，也叫内存栅栏，是一种CPU指令，用于控制特定条件下的重排序与内存可见性问题

• LoadLoad屏障： 对于语句Load1;LoadLoad;Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证load1要读取的数据被读取完毕
• StoreStore屏障：对于语句Store1;StoreStore;Store2,在Store2及后续写入操作执行时，保证Store的写入操作对其他处理器可见
• LoadStore屏障： 对于语句Load1;LoadStore;Store2,在Store2及后续写入操作执行时，保证Load要读取的数据被读取完毕
• StoreLoad屏障： 对于语句Store1;StoreLoad;Load1,在Load及以后所有的读取操作执行前，保证Store1的写入操作对所有处理器可见。它的开销是最大的，这个屏障是个万能屏障，兼具其他三种屏障的功能

happen-before原则:

happends-before是JMM最核心的概念，理解happends-befores是理解JMM的关键。

1. happends-before关系定义如下

1. 如果一个操作happends-before另一个操作，那么另一个操作执行的结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前
2. 两个操作之间存在happends-before关系，并不意味着java平台的具体实现必须要按happends-before关系执行的顺序来执行，如果重排序之后的执行结果，与按happends-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。

2. happends-before规则

程序顺序规则：一个线程的每个操作，happends-before于该线程中任意的后续操作
监视器锁规则：对一个锁的解锁，happends-before于任意后续对这个锁的加锁
volatile变量规则：对一个volatile的写，happends-before于任意后续对该volatile域的读
传递性：如果A happends-before B 且 B happends-before，那么 A happends before C
start()规则: 如果线程A执行操作ThreadB.start(),那么A线程的ThreadB.start()操作happends before于线程B的任意操作
join()规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()方法并成功返回，则线程B中的任意操作happends before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回

9. 简单说说你了解的类加载器，可以打破双亲委派么，怎么打破

什么是类加载器?

类加载器就是根据指定全限定名称将class文件加载到JVM内存，转为Class对象

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）: 由C++语言实现(针对HotSpot),负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录或-Xbootclasspath参数指定路径中的类库
• 其他类加载器：由Java语言实现，继承自抽象类ClassLoader
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader）: 负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext或java.ext.dirs系统变量指定路径类库
  • 应用程序类加载器（Application ClassLoader）: 负责加载用户路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况下，如果我们没有自定义类加载器就默认使用这个加载器

双亲委派模型:
如果一个类加载器收到类加载请求时，首先不会尝试自己加载这个类，而是把这个请求委派给父加载器完成。每个加载器都是如此，只有当父加载器在自己的搜索范围找不到指定的类时（即ClassNotFoundException）,子加载器才会尝试自己去加载

为什么需要双亲委派模型?
如果没有双亲委派，那么用户自定义一个java.lang.Object, java.lang.String类，并把它放在classpath中，那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证。双亲委派模型，防止内存中出现多份同样的字节码

怎么打破双亲委派模型?
继承ClassLoader类，重写loadClass和findClass方法

10. 你们线上应用的JVM参数有哪些

思路： 可以说一下堆栈配置相关的，垃圾收集器相关的，还有一下辅助信息相关的。

堆栈配置相关

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k
-XX:MaxPermSize=16m -XX:NewRatio=4 -XX:SurviorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0

-Xmx3550m: 最大堆大小为3550m
-Xms3550m: 最小堆大小为3550m
-Xmn2g: 设置新生代大小为2g
-Xss128k: 设置每个线程的栈大小为128K
-XX:MaxPermSize: 设置永久代的大小为16m
-XX:NewRatio: 设置新生代（包括Eden和两个Survivor区）与老年代的比值(除去永久代)
-XX:SurvivorRatio: 设置新生代Eden与Survivor区的大小比值，设置为4，则两个Survivor区与Eden区比值为2：4，一个Survivor区占整个年轻代的1/6
-XX:MaxTenuringThreshold: 设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则新生代不经过Survivor区，直接进入老年代

垃圾收集器相关

-XX:+UseParallelGC # 选择垃圾收集器为并行收集器
-XX:ParallelGCThreads=20 # 配置并行收集器的线程数
-XX:+UseConcMarkSweepGC # 设置老年代为并发收集
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 # 由于CMS收集器不对内存空间进行压缩整理，所以会产生内存碎片。此值设置运行5次Full GC后对内存空间压缩整理
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection # 打开对老年代的压缩，可能会影响性能，但是可以消除碎片

辅助信息相关

-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

-XX:+PrintGC 输出形式:
[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

-XX:+PrintGCDetails 输出形式:
[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

11. 怎么打出线程栈信息

思路： 可以说一下jps，top，jstack这几个命令，再配合一次排查线上问题进行解答。

• 首先执行jps,获取进程号
• 然后执行top -Hp pid，获取本进程所有线程的CPU耗时性能
• jstack pid,查看当前java进程的堆栈信息
• 或者 jstack -l /tmp/output.txt 把堆栈信息打到一个txt文件
• 可以使用fastthread进行堆栈定位

欢迎关注公众号算法小生，本文持续更新中