八股战神-JVM知识速查

1.JVM组成

JVM由那些部分组成，运行流程是什么？

JVM是Java程序的运行环境

组成部分：

类加载器：加载字节码文件到内存

运行时数据区：包括方法区，堆，栈，程序计数器，本地方法栈

执行引擎：执行字节码，优化代码

垃圾回收器：管理堆内存

运行流程：

加载字节码，准备运行环境，执行字节码，垃圾回收，程序结束

什么是程序计数器

用于记录每个线程正在执行的字节码指令的地址，用于保存字节码行号。当一个线程执行一段字节码到某个位置时，CUP使用权被另一个线程夺走，当前执行的地址会记录下来，当执行权回到当前线程时，会接着上次记录的位置继续执行

介绍Java堆

堆是一个线程共享的区域，主要用于保存对象实例，数组等，堆中内存不够会抛出OOM异常

堆区分为年轻代和老年代，年轻代被化为三部分，一个Eden区和两个S区，一个对象创建后会先到Eden区，如果对象被垃圾回收后还能存活就移动到S0或S1,再经过几次垃圾回收后还能存活则移动到老年代区中，老年代中存的是生命周期比较长的对象，

JDK1.7和1.8堆的区别

1.7中有一个永久代，存类信息，静态变量，常量，编译后代码，1.8移除了永久代，将数据存到本地内存中的元空间区，防止内存溢出

什么是虚拟机栈

每个线程运行时所需要的内存称为虚拟机栈，是一个先进后出结构，每个栈由多个栈帧组成，每个对应着每次方法调用时所占用的内存和数据，每个线程只能有一个活动栈帧，对应了当前正在执行的方法

垃圾回收是否设计栈内存

垃圾回收主要指堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放

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减少

方法内的局部变量是否线程安全

如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，那就是线程安全的，变量的创建和销毁都是在当前线程的虚拟机栈中完成的

如果局部变量引用了其他对象并逃离的方法的作用范围，那就要考虑线程安全

栈内存溢出情况

栈帧过多导致内存溢出，如递归调用

栈帧过大导致内存溢出

堆和栈的区别

栈内存一般用来存储局部变量和方法调用，堆用来存储Java对象和数组，堆会用垃圾回收，栈不会

栈内存时线程私有的，堆内存是线程共享的

异常错误不同，内存不足时，栈报StackOverFlow,堆报OutOfMemory

解释方法区

方法区主要存类的信息，运行时常量池，是各个线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建，虚拟机关闭时销毁

方法区在JDK 1.7时在堆区的永久代中，JDK1.8后取消了永久代，单独存在元空间中，避免了在堆区的OOM

解释一下运行时常量池

常量池可以看作一张表，虚拟机指令可以根据这张表找到要执行的类名，方法名，参数类型等信息

当类被加载时，常量池的信息就会放入运行时常量池，并把符号地址转为真实地址

直接内存

不属于JVM的内存结构，是虚拟机的系统内存，常见于NIO操作，用于数据缓冲区，直接内存相当于一块操作系统和Java代码都可以访问到的共享区域，比如我们在文件IO操作中，使用传统的BIO，需要调用操作系统的文件API，涉及到CPU用户态和内核态的切换，资源开销很大，引入直接内存之后，可以通过直接内存建立起系统内存和Java内存的交互传输

 

2.类加载器

什么是类加载器

类加载器的作用是将字节码文件加载到JVM中，从而使Java程序能够运行起来

类加载器有哪些：

启动类加载器，扩展类加载器，应用类加载器（用户自己编写的Java类），自定义类加载器

 

什么是双亲委派机制

加载一个类，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，则继续向上委托，如果委托上级都没有加载，则子加载器尝试加载该类

JVM为什么采用双亲委派机制

可以避免一个类被重复加载，当父类加载后则无需重复加载，保证唯一性

为了安全，保证类库API不会被修改

类装载的执行过程

加载：根据类的全名获取类的字节码文件，将其转换为方法区内的运行时数据结构

验证：对字节码进行校验，确保符合JVM规范

准备：为类的静态变量分配内存，设置默认初始值

静态变量是final修饰的基本类型或字符串常量，赋值在准备阶段完成

静态变量是final修饰的引用类型，复制也初始化阶段完成

解析：将符号引用转为直接引用，即将类，方法，字段等解析为内存地址

初始化：执行类的初始化代码，包括静态变量赋值和静态代码块的执行

使用：JVM开始从入口方法执行用户的程序代码，如调用静态类的成员信息，使用new关键字创建对象实例

卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM开始销毁创建的Class对象

3.垃圾回收

简述垃圾回收机制

在Java语言中，有自动的垃圾回收机制，开发者只需要关注内存的申请，内存的释放由系统自动识别完成，不同的对象引用会有不同的回收机制

 

对象什么时候可以被垃圾回收器回收

如果一个对象或多个对象没有任何引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，就有可能被GC回收

垃圾定位方法

引用计数法：一个对象被引用一次，则在当前对象头上递增一次引用次数，如果引用次数为0，则代表该对象可回收，如果出现循环引用的画计数法就会失效

可达性分析算法：会存在一个根节点，其引用指向下一个节点，依次向下类推，直到所有节点遍历完毕

判断如果某对象和根对象无直接或间接引用则可以被垃圾回收

 

JVM垃圾回收算法

标记清除算法：分标记和清除两个阶段，根据可达性算法通过GCRoot得出垃圾并进行标记，对这些标记为可回收的内容进行垃圾回收，效率高，有磁盘碎片，内存不连续

标记整理算法：标记清除的过程一样，但是会将清理后存活的对象都向内存的一端移动，然后清理边界之外的垃圾，无内存碎片，对象需要移动，效率低

复制算法：将原有的空间一分为二，每次只用其中一块，垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一块内存空间中，然后将当前空间清空，交换两块内存的角色，完成垃圾回收，无碎片，内存使用率低

 

JVM的分代回收

堆被分成两份，新生代和老年代(比例为1：2)，对于新生代内部又分Eden区，两个幸存区：From,to

新创建的对象首先被分到Eden区，当Eden区内存不足时，标记Eden区和From区的存活对象并将其复制到to区中,复制完成后，Eden和from中的内存被释放，经过一段时间Eden区内存又不足，标记Eden和to区存活的对象，将存活的对象复制到from区，当幸存区对象熬过几次回收就会晋升到老年代

MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的区别是什么

MinorGC发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短

MixedGC发生在新生代和部分老年代区域的垃圾回收。G1收集器持有

FullGC发生在新生代和老年代的完整垃圾回收，暂停时间长，应尽量避免

 

JVM有哪些垃圾回收器

串行垃圾回收器：垃圾回收时，只有一个线程在工作，其他线程都要阻塞等待垃圾回收完成。Serial作用于新生代，采用复制算法，Serial作用于老年代，采用标记整理算法

并行垃圾回收器：多个线程完成垃圾回收工作，其他线程同样阻塞，Parallel New用于新生代，采用复制算法，Parallel Old作用老年代，采用标记整理算法

CMS(并发)垃圾回收器：针对老年代进行垃圾回收，不会造成线程阻塞，会追踪标记整个GCRoot,将其直接关联和间接关联的对象

G1垃圾回收器，作用于新生代和老年代

 

详细聊一下G1垃圾回收器

用于新生代和老年代的垃圾回收，在JDK9后JVM默认用的G1垃圾回收，采用的回收算法是复制算法，分为三个阶段

首先G1将内存划分为多个区域，每个区域都可以充当Elen区，幸存者区。jumongous等

新生代回收：

初始时，所有区域处于空闲状态,创建了一些对象，挑出一部分空闲区左Eden区存储这些对象，当Eden区需要垃圾回收时，挑一个空闲区域做幸存区，用复制算法复制存活对象，需要暂停用户线程，再往后，Eden区内存又不足了，将Eden区以及幸存区的存活对象复制到新的幸存区，将较老的对象晋升至老年代

并发标记：

当老年代占用内存超过阈值（默认45%）后，触发并发标记，无需暂停用户线程，并发标记后会冲标解决漏标问题（此时需要暂停线程），这些都完成后就知道了老年代有哪些存活对象，之后进入混合手机阶段，此时不会堆老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高的区域

混合收集：

复制完成，内存释放，进入下一轮垃圾回收，如果对象非常大，会开出Jupmgous区存储巨型对象

 

强引用，弱引用，软引用，虚引用

强引用：只要所有的GCRoots能找到，就不会被回收

软引用：需要配合SoftReference使用，当垃圾多次回收，内存依然不够用时会回收软引用对象

弱引用：需要配合WeakReference使用，只要进行垃圾回收，就会把弱引用回收

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Reference Handler线程调用虚引用相关方法释放内存

 

4.JVM实践

JVM调优参数设置

war包部署在tomcat中设置

jar包部署在启动参数中设置

设置堆空间：-XMS（初始） -XMX（最大）

最大大小为默认物理内存的四分之一，初始大小时物理内存的六十四分之一

堆太小，会导致频繁的年轻代和老年代和垃圾回收，产生stw,用户线程阻塞，太大，可能会导致FullGC,会扫描整个堆空间，暂停用户线程的时间长

虚拟机栈设置：-XSS 每个线程默认1M

新生代中Eden区和两个幸存区的大小比例：默认8：1：1 -XXSus**=9 设置比例

年轻代晋升老年代的阈值: 默认为15，范围0-15

设置垃圾回收期

 

JVM调优工具

命令:

jps:查看进程状态信息

jstack:查看进程内线程堆栈信息

jmap:查询堆栈信息

jhatL堆转存快照工具

jstat:JVM统计监测工具

可视化工具：jconsole:JVM内存，线程，类监控 VisualVM:监控线程，内存情况

 

Java内存泄漏排查思路

使用jmap查询堆栈信息,生成dump文件

通过VisualVM，加载dump文件分析堆栈信息定位到代码排查

 

CPU跑到百分之百，解决思路是啥

通过top命令，定位到占用CPU高的线程

ps -T -p 进程ID找到进程中占比较高的线程

通过jstask查询线程的堆栈信息去定位代码