JVM相关面试题

1. 类加载与双亲委派机制
聊一下你对类加载器的理解。
类加载器是JVM用来加载类文件到内存的组件。它负责将字节码文件解析为java.lang.Class实例，并存储到运行时数据区的方法区中。类加载器分为Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader，它们共同构成了类加载的层次结构。2.双亲委派机制是什么？它的作用是什么？
双亲委派机制是指当一个类加载器加载类时，它会先将请求委派给父加载器，只有当父加载器无法加载时，才会尝试自己加载。它的作用是避免类的重复加载，确保类的唯一性，并防止用户自定义类覆盖核心类库。3.JVM中类加载器的种类有哪些？
Bootstrap ClassLoader：加载JVM核心类库（如rt.jar），由C++实现。
Extension ClassLoader：加载扩展类库（如jre/lib/ext目录下的类）。
Application ClassLoader：加载应用类路径（classpath）中的类。
Custom ClassLoader：用户自定义类加载器，通过继承ClassLoader实现。
如何自定义类加载器？
自定义类加载器需要继承ClassLoader类，并重写findClass(String name)方法。通常还需要实现loadClass方法来实现双亲委派机制。
示例代码：
java
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public class MyClassLoader extends ClassLoader {@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {byte[] classData = loadClassData(name);if (classData == null) {throw new ClassNotFoundException();}return defineClass(name, classData, 0, classData.length);}private byte[] loadClassData(String name) {// 加载类文件的字节码// 示例：从文件系统加载try {String fileName = name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";InputStream in = new FileInputStream(fileName);ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();int b;while ((b = in.read()) != -1) {out.write(b);}return out.toByteArray();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}
}
自定义类加载器时需要注意哪些问题？
确保遵循双亲委派机制，避免类的重复加载。
注意线程安全问题。
确保加载的字节码符合JVM规范。
避免内存泄漏。4. JVM运行时数据区
JVM运行时数据区有哪些部分组成？
堆（Heap）：存储对象实例和数组。
方法区（Method Area）：存储类的结构信息，如常量池、字段、方法等。
Java栈（Java Stack）：存储局部变量、操作数栈和方法调用信息。
本地方法栈（Native Method Stack）：支持本地方法的执行。
程序计数器（Program Counter Register）：记录当前线程执行的字节码指令地址。5.Java堆（Heap）的作用是什么？为什么需要分代设计？
作用：堆是JVM管理内存的主要区域，用于存储对象实例和数组。
分代设计：为了提高垃圾回收效率，堆被分为年轻代和老年代。年轻代存储新创建的对象，老年代存储经过多次回收仍然存活的对象。分代设计可以针对不同类型的对象采用不同的回收策略，提高回收效率。
方法区、元空间和持久代的关系是什么？
方法区：JVM规范中定义的区域，用于存储类的结构信息。
持久代（Permanent Generation）：JDK 1.7及之前的实现，方法区的物理实现。
元空间（Metaspace）：JDK 1.8引入的替代持久代的区域，使用本地内存，避免了持久代的内存溢出问题。
J6.Java栈和本地方法栈的区别是什么？
Java栈：用于存储Java方法的调用信息，如局部变量表、操作数栈等。
本地方法栈：用于支持本地方法（如JNI调用）的执行，存储本地方法的调用信息。
程序计数器的作用是什么？
程序计数器记录当前线程执行的字节码指令地址。如果当前线程正在执行Java方法，则记录字节码指令的地址；如果正在执行本地方法，则为undefined。程序计数器是线程私有的，每个线程都有自己的程序计数器。7. 栈帧结构与动态链接
栈帧的结构是怎样的？
栈帧是方法调用的内存模型，每个方法调用都会创建一个新的栈帧。栈帧结构包括：
局部变量表：存储方法参数和局部变量。
操作数栈：用于存储操作数和中间结果。
动态链接：将常量池中的符号引用转换为直接引用。
方法出口信息：记录方法返回地址等信息。8.动态链接的作用是什么？
动态链接是指在运行时将常量池中的符号引用转换为直接引用。它允许在运行时解析类、方法和字段的引用，从而支持多态和动态绑定。9.如何理解局部变量表和操作数栈？
局部变量表：存储方法参数和局部变量，每个变量占用一个槽（slot）。局部变量表的大小在编译时确定。
操作数栈：用于存储操作数和中间结果。操作数栈的大小也在编译时确定。操作数栈支持栈操作，如压栈（push）和弹栈（pop）。10. 垃圾回收机制
垃圾回收的触发条件是什么？
堆内存不足：当堆内存无法分配新对象时，触发垃圾回收。
Eden区满：在分代收集中，当Eden区满时，触发Minor GC。
老年代内存不足：当老年代内存不足时，触发Full GC。
元空间不足：当元空间内存不足时，也可能触发垃圾回收。11.常见的垃圾回收算法有哪些？
标记-清除算法：标记活动对象，清除未标记的对象。缺点是会产生内存碎片。
标记-整理算法：标记活动对象，并将活动对象移动到内存的一端，整理内存空间。
复制算法：将内存分为两块，每次只使用一块，当一块内存用满时，将活动对象复制到另一块内存中。
标记-清除算法和标记-整理算法的区别是什么？
标记-清除算法：标记活动对象，清除未标记的对象。优点是简单，缺点是会产生内存碎片。
标记-整理算法：标记活动对象，并将活动对象移动到内存的一端，整理内存空间。优点是减少内存碎片，缺点是需要移动对象，可能导致性能开销。
分代收集算法的工作原理是什么？
分代收集算法将堆分为年轻代和老年代。年轻代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法或标记-清除算法。年轻代的垃圾回收称为Minor GC，老年代的垃圾回收称为Full GC。12.常见的垃圾收集器有哪些？它们的优缺点是什么？
Serial收集器：单线程收集器，适合单核处理器。优点是简单高效，缺点是会暂停所有线程（Stop-The-World）。
Parallel收集器：多线程收集器，适合多核处理器。优点是吞吐量高，缺点是会暂停所有线程。
CMS收集器：并发标记-清除收集器，适合低延迟场景。优点是并发执行，减少停顿时间，缺点是会产生内存碎片。
G1收集器：分区收集器，适合大堆内存。优点是分区收集，减少停顿时间，缺点是配置复杂。
ZGC：低延迟垃圾收集器，适合超大堆内存。优点是低延迟，缺点是资源消耗较高。13.如何选择合适的垃圾收集器？
根据应用的场景选择垃圾收集器：
如果应用对延迟要求不高，可以选择吞吐量优先的收集器（如Parallel收集器）。
如果应用对延迟要求高，可以选择低延迟的收集器（如CMS收集器或G1收集器）。
如果堆内存较大，可以选择分区收集器（如G1收集器或ZGC）。14.G1垃圾收集器的工作原理是什么？如何调优？
工作原理：G1收集器将堆内存划分为多个大小相等的区域（Region），分为Eden区、Survivor区和老年代区。G1通过并发标记和分区收集的方式，减少停顿时间。
调优：
使用-XX:G1HeapRegionSize设置区域大小。
使用-XX:MaxGCPauseMillis设置最大停顿时间目标。
使用-XX:G1NewSizePercent和-XX:G1MaxNewSizePercent调整新生代大小。15.ZGC的特点是什么？
低延迟：ZGC的目标是将停顿时间控制在10ms以内。
高吞吐量：支持大堆内存（如TB级）。
并发执行：大部分垃圾回收工作与应用线程并发执行。
如何判断是否适用G1垃圾收集器？
应用堆内存较大（如大于4GB）。
应用对延迟要求较高。
应用的新生代和老年代对象比例差异较大。16. JVM性能优化
JVM性能优化的常用方法有哪些？
调整堆大小：根据应用需求调整堆大小（-Xms和-Xmx）。
选择合适的垃圾收集器：根据应用需求选择合适的垃圾收集器。
调整垃圾收集器参数：根据应用需求调整垃圾收集器参数（如-XX:MaxGCPauseMillis）。
减少内存泄漏：通过工具（如JProfiler、VisualVM）检测和修复内存泄漏。
优化代码：减少不必要的对象创建和大对象分配。17.如何分析JVM的性能问题？
使用JVM监控工具（如VisualVM、JProfiler）监控JVM的性能指标，如堆内存使用情况、垃圾回收频率、线程状态等。
使用jstack、jmap、jstat等命令行工具分析线程堆栈、堆内存和垃圾回收情况。
分析GC日志，了解垃圾回收的频率和停顿时间。18.JVM常用命令有哪些？它们的作用是什么？
jps：列出当前Java进程。
jstack：打印线程堆栈信息，用于分析线程状态和死锁问题。
jmap：生成堆转储文件，用于分析内存泄漏和内存使用情况。
jstat：监控垃圾回收情况，如Eden区、Survivor区和老年代的使用情况。
jcmd：发送命令到Java进程，如触发GC、生成堆转储文件等。