java八股文之JVM

1.什么是程序计数器

• 程序计数器是 JVM 管理线程执行的“定位器”，记录每个线程当前执行的指令位置，确保程序流程的连续性和线程切换的准确性。
• 线程私有的，每个线程一份，内部保存的字节码的行号。用于记录正在执行的字节码指令的地址。

2.介绍一下Java堆

• 线程共享的区域：主要用来保存对象实例，数组等，内存不够则抛出OutOfMemoryError异常。
• 组成：年轻代+老年代
  – 年轻代被划分为三部分，Eden区和两个大小严格相同的Survivor区，一个对象在Eden区存活后就会放入Survivor区
  – 老年代主要保存生命周期长的对象，一个对象在多次Survivor区存活后就会放入老年区
• Jdk1.7和1.8的区别
  – 1.7中有有一个永久代，存储的是类信息、静态变量、常量、编译后的代码
  – 1.8移除了永久代，把数据存储到了本地内存的元空间中，防止内存溢出

3.什么是虚拟机栈

1. 每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈
2. 每个栈由多个栈帧(frame)组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
3. 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

4. 垃圾回收是否涉及栈内存？

垃圾回收主要指就是堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放

5.栈内存分配越大越好吗？

未必，默认的栈内存通常为1024k,栈帧过大会导致线程数变少

6.方法内的局部变量是否线程安全？

分情况：

• 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
• 如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

7.什么情况下会导致栈内存溢出？

• 栈帧过多导致栈内存溢出，典型问题：递归调用
• 栈帧过大导致栈内存溢出

8.堆栈的区别是什么？

1. 栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的的。
2. 堆会GC垃圾回收，而栈不会。
3. 栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的。
4. 两者异常错误不同，但如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。
   – 栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。
   – 堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。

9.解释一下方法区

• 方法区（MethodArea）是各个线程共享的内存区域
• 主要存储类的信息、运行时常量池
• 虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
• 如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError：Metaspace

10.介绍一下运行时常量池

• 常量池：可以看作是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息,里面的地址都是符号地址
• 当类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

11.说一说直接内存

• 并不属于JVM中的内存结构，不由VM进行管理。是虚拟机的系统专门划分出来的内存，java代码和系统都可以直接访问
• 常见于NIO操作时，用于数据缓冲区，分配回收成本较高，但读写性能高，不受JVM内存回收管理

12.说一说类加载器

• VM只会运行二进制文件，类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。
• 类加载器分四种
  – 启动类加载器(BootStrap ClassLoader):加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的库
  – 扩展类加载器(ExtClassLoader):主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类
  – 应用类加载器(AppClassLoader):用于加载classPath下的类，就是我们自己写的类
  – 自定义类加载器(CustomizeClassLoader):自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

13.说一说双亲委派模型

• 加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级加载器也有上级，则会继续向上委托，如果该类委托上级没有被加载，子加载器尝试加载该类。例如我们自己写的应用类会到应用类加载器，应用会委托扩展类加载器，扩展类加载器会委托启动类加载器加载，但是启动类加载器里面没有这个类，于是会再次层层返回，直到应用类加载器加载对应的类
• 通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经
  加载后则无需重复加载，保证唯一性。
• 亲委派机制也可以更加安全，保证核心API库不会被修改

14.说一下类装载的执行过程

1. 加载：将类的二进制数据（.class文件）加载到JVM内存中。
2. 验证：确保类的字节流符合JVM规范，不会危害虚拟机。
3. 准备：为类的静态变量分配内存并初始化默认值（如0、false、null）
4. 解析：将类中的符号引用（如Person@#123）替换为直接引用（实际内存地址）
5. 初始化：执行类的静态代码块和静态初始化器，完成静态变量的显式赋值。
6. 使用：程序开始使用类的实例或静态成员。
7. 卸载：当类不再被使用时，JVM会回收其占用的内存。

15.对象什么时候可以被垃圾回收

• 当对象不再被任何强引用变量直接或间接关联（即“不可达”）时，垃圾回收器会回收其占用的内存。
• 定位垃圾的方法：
  – 引用计数法（已弃用）
  – 可达性分析算法

16.JVM垃圾回收算法有哪些？

• 标记清除算法： 垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除，效率虽然高，但是有磁盘碎片，内存不连续的缺点，现在不怎么用了
• 标记整理算法： 标记清除算法一样，将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，优点无碎片，但是因为对象需要移动，效率低，一般是老年代使用
• 复制算法： 将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，回收时将正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收；优点是无碎片，但是内存使用率低，一般是新生代使用
• 引用计数： 每个对象维护一个引用计数器，当引用增加时计数+1，引用消失时-1。计数为0的对象即为垃圾，直接回收。
• 分代算法： 将堆分为新生代（Young）和老年代（Old）。新生代的对象生命周期短，频繁回收，使用复制算法（如 Eden→Survivor）；老年代的对象存活率高，低频回收，使用标记-清除/整理算法。

18.详细说一说分代回收

1. 堆的区域划分
   – 堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】
   – 对于新生代，内部又被分为了三个区域。Eden区，幸存者区survivor(分成from和to）【8：1：1】
2. 对象回收分代回收策略

• 新创建的对象，都会先分配到eden区
• 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与from（现阶段没有）的存活对象
• 将存活对象采用复制算法复制到to中，复制完毕后，伊甸园和from内存都得到释放
• 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域to区存活的对象，将其复制到from区
• 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），普升到老年代（幸存区内存不足或大对象会提前普升）

19.MinorGC、Mixed GC、FullGC的区别是什么

STW: 暂停所有线程等待垃圾回收完成

• MinorGC【young GC】发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短(STW)
• Mixed GC新生代+老年代部分区域的垃圾回收，G1收集器特有
• FullGC:新生代+老年代完整垃圾回收，暂停时间长(STW)，应尽力避免

20.JVM有哪些垃圾回收器

PS：回答三四个就行

• Serial（串行收集器）： 单线程，简单高效，适合单核/小内存环境，但停顿时间长。
• Parallel（并行收集器）： 多线程高吞吐，追求高效处理多核CPU下的大数据量。
• CMS（并发标记清除）： 低停顿并发回收，但内存碎片化严重，可能触发Full GC。
• G1（Garbage-First）： 分Region处理，平衡吞吐与低延迟，适合大堆内存（GB级）。
• ZGC（Z Garbage Collector）： 亚毫秒级停顿，支持TB级堆内存，超低延迟且吞吐稳定。
• Shenandoah： 实时并发回收，消除内存碎片，低延迟且高效处理大内存。
• Parallel Old（并行老年代）： 多线程标记整理，高吞吐的老年代回收，搭配Parallel使用。
• Serial Old（串行老年代）： 单线程老年代回收，适合资源受限的小型应用。
• ParNew： 多线程新生代回收，专为与CMS搭配实现低延迟设计。

21.详细聊一下G1垃圾回收器

核心目标： 在停顿时间可控的前提下，最大化系统吞吐量，适合大内存和多核CPU环境。

核心特点

1. 区域化内存布局
   – 将堆内存划分为固定大小的Region（默认2048个，大小根据堆大小动态计算）。
   – 每个Region可独立属于年轻代或老年代，动态调整区域功能（如年轻代Region可转为老年代）。
   – Humongous区：专门存放大对象（超过Region半大小），避免内存碎片化。
2. 分代收集
   – 保留分代思想，但不再物理隔离年轻代/老年代，而是通过Region集合实现。
   – 年轻代默认占堆的5%，最大可扩展到60%（通过参数-XX:G1NewSizePercent和-XX:G1MaxNewSizePercent控制）。
3. 并发与并行
   – 并发标记：与用户线程并行执行标记阶段，减少STW（Stop-The-World）时间。
   – 并行回收：多线程处理垃圾回收，充分利用多核CPU。
4. 垃圾优先策略（Garbage First）
   – 根据用户设定的最大停顿时间（如-XX:MaxGCPauseMillis=200），优先回收“垃圾最多”的Region，最大化单位时间垃圾回收量。
5. 空间整合
   – 采用标记-整理算法，回收后内存连续，避免CMS的碎片化问题，支持大对象分配。
6. 可预测的停顿时间
   – 建立停顿时间模型，通过参数控制回收目标，软实时（尽力在指定时间内完成，但不保证绝对）。

工作流程

G1的回收过程分为四个阶段，结合并发和STW阶段，降低整体停顿：

1. 初始标记（STW）： 快速标记从GC Roots直接可达的对象，记录年轻代Roots。
2. 并发标记： 与用户线程并行，遍历所有对象，标记存活对象。
3. 最终标记（STW）： 重新处理并发标记期间变化的对象，确保标记准确。
4. 筛选回收（STW）： 根据停顿时间目标，选择垃圾最多的Region进行回收，整理内存。

注意： 当老年代不足、晋升失败或Humongous区分配失败时，可能触发Full GC

22.强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别？

• 强引用：只要所有GCRoots能找到，就不会被回收，new出来的都是强引用对象
• 软引用：需要配合SoftReference使用，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
• 弱引用：需要配合WeakReference使用，只要进行了垃圾回收，就会把弱引用对象回收
• 虚引用：必须配合引用队列使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由ReferenceHandler线程调用虚引用相关方法释放直接内存

23.JVM调优的参数可以在哪里设置参数值

• war包部署在tomcat中设置
  修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh文件
• jar包部署在启动参数设置
  java-Xms512m -Xmx1024m -jar xxxx.jar

24.常用的JVM调优的参数都有哪些？

• 设置堆空间大小

-Xms512m   # 初始堆大小为512MB
-Xmx2g     # 最大堆大小为2GB

• 虚拟机栈的设置

-Xss512k   # 每个线程的栈大小为512KB

• 年轻代中Eden区和两个Survivor区的大小比例

-XX:NewRatio=3   # 老年代:新生代 = 3:1
-XX:SurvivorRatio=8   # Eden:Survivor = 8:1

• 年轻代晋升老年代國值

# 对象在Survivor区中最多经历10次GC后晋升到老年代,值的范围是[0,15]，默认值15
-XX:MaxTenuringThreshold=10  

• 设置垃圾回收收集器

-XX:+UseG1GC             # 启用G1 GC
-XX:+UseParallelGC       # 启用Parallel GC（年轻代）
-XX:+UseParallelOldGC    # 启用Parallel Old GC（老年代）
-XX:+UseConcMarkSweepGC  # 启用CMS GC

25.说一下常用的JVM调优工具

命令工具

• jps 进程状态信息
• jstack 查看java进程内线程的堆栈信息
• jmap 查看堆转信息
• jhat 堆转储快照分析工具
• jstat JVM统计监测工具

可视化工具

• jconsole 用于对jvm的内存，线程，类的监控
• VisualVM 能够监控线程，内存情况

26.java内存泄露的排查思路？

内存泄漏通常是指堆内存，通常是指一些大对象不被回收的情况

1. 通过jmap或设置jvm参数获取堆内存快照dump
2. 通过工具，VisualVM去分析dump文件，VisualVM可以加载离线的dump文件
3. 通过查看堆信息的情况，可以大概定位内存谥出是哪行代码出了问题
4. 找到对应的代码，通过阅读上下文的情况，进行修复即可

27.CPU飙高排查方案与思路？

1. 使用top命令查看占用cpu的情况,查看是哪一个进程占用cpu较高

top

2. 使用ps命令查看进程中的线程信息,查看哪个线程使用的CPU多，绩效对应tid

ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 2266

3. 将出问题的线程转换成十六进制，然后jstack命令查看进程中对应的线程，最终定位问题

jstack pid