jvm内存模型，类加载机制，GC算法，垃圾回收器，jvm线上调优等常见的面试题及答案

JVM内存模型

• JVM内存模型包括哪些区域
  • 答案：JVM内存模型主要包括以下区域：
    • 程序计数器：是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，用于记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址。
    • Java虚拟机栈：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
    • 本地方法栈：与Java虚拟机栈类似，不过它是为Native方法服务的。
    • Java堆：是JVM所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。
    • 方法区：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。在Java 8及之后版本中，永久代被移除，取而代之的是元空间，元空间并不在堆内存中，而是使用本地内存。
• 堆内存的结构是怎样的
  • 答案：堆内存分为年轻代和老年代，年轻代又分为Eden空间和两个Survivor空间（一般称为Survivor from和Survivor to）。新创建的对象一般会先分配到Eden区，当Eden区满了之后，会触发Minor GC，存活下来的对象会被移动到Survivor区。在Survivor区经过多次GC后仍然存活的对象，会被移动到老年代。老年代主要存放生命周期较长的对象。

类加载机制

• 什么是类加载
  • 答案：类加载是指将Java类的字节码文件（.class文件）转换成内存中运行时数据结构（如java.lang.Class对象）的过程。这个过程由Java虚拟机的类加载器完成，是Java动态性的基础。
• 类加载的时机有哪些
  • 答案：Java虚拟机采用惰性加载策略，类会在以下几种情况下被加载：
    • 创建类的实例，通过new关键字或反射机制。
    • 访问类的静态变量或静态方法，注意是主动访问。
    • 反射调用，如通过Class.forName()等方法显式加载类。
    • 初始化类的子类，此时父类也会被加载（若尚未加载）。
    • JVM启动时指定的主类，即包含main方法的类。

GC算法

• GC有哪些常见的判定对象可回收的方法
  • 答案：
    • 引用计数法：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1，当计数器为0时，就认为这个对象可以被回收。但这种方法存在循环引用的问题，导致对象无法被回收。
    • 可达性分析算法：通过一系列的“GC Roots”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，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，即可以被回收。
• GC的三种收集方法及其原理与特点
  • 答案：
    • 标记-清除算法：分为标记和清除两个阶段。首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，统一回收所有被标记的对象。优点是实现简单，缺点是容易产生内存碎片，导致后续大对象无法分配内存。
    • 复制算法：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。优点是不会产生内存碎片，缺点是内存利用率低，只使用了一半的内存。
    • 标记-压缩（标记-整理）算法：标记阶段和标记-清除算法一样，标记出所有需要回收的对象，清除阶段不是直接清理被标记的对象，而是将所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。优点是解决了内存碎片问题，同时内存利用率比复制算法高，缺点是移动对象时需要一定的开销。

垃圾回收器

• 常见的垃圾回收器有哪些
  • 答案：常见的垃圾回收器有Serial、Serial Old、ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old、CMS、G1等。
• CMS收集器与G1收集器的特点
  • 答案：
    • CMS收集器：是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。采用“标记-清除”算法，具有并发收集、低停顿的特点，但是会产生内存碎片，并且对CPU资源非常敏感，在并发阶段会和用户线程抢占CPU资源。
    • G1收集器：是一种面向堆内存任何部分进行回收的收集器，将堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），可以预测停顿时间，兼具高吞吐量和低延迟的特点，采用“标记-整理”算法，不会产生内存碎片，能更好地处理大对象和巨型对象。

JVM线上调优

• 什么情况下需要进行JVM调优
  • 答案：出现以下情况时通常需要进行JVM调优：
    • Heap内存（老年代）持续上涨达到设置的最大内存值。
    • Full GC次数频繁。
    • GC停顿（Stop The World）时间过长（超过1秒，具体值按应用场景而定）。
    • 应用出现OutOfMemory等内存异常。
    • 应用中有使用本地缓存且占用大量内存空间。
    • 系统吞吐量与响应性能不高或下降。
    • 应用的CPU占用过高不下或内存占用过高不下。
• JVM调优时关注哪些指标
  • 答案：
    • 吞吐量：用户代码时间/（用户代码执行时间+垃圾回收时间），吞吐量越高算法越好。
    • 低延迟：STW越短，响应时间越好，暂停时间越短算法越好。
    • Minor GC尽可能多的收集垃圾对象：遵守这一原则可以降低应用程序Full GC的发生频率，因为Full GC较耗时，可能会影响应用程序的延迟要求或吞吐量。