Java必考题目之JVM面试题目和答案
JVM內(nèi)存模型
首先我們來(lái)了解一下JVM的內(nèi)存模型的怎么樣的：
1.堆：存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存
- 堆得內(nèi)存由-Xms指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64；最大的內(nèi)存由-Xmx指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4。
- 默認(rèn)空余的堆內(nèi)存小于40%時(shí)，就會(huì)增大，直到-Xmx設(shè)置的內(nèi)存。具體的比例可以由-XX:MinHeapFreeRatio指定
- 空余的內(nèi)存大于70%時(shí)，就會(huì)減少內(nèi)存，直到-Xms設(shè)置的大小。具體由-XX:MaxHeapFreeRatio指定。
2.虛擬機(jī)棧
虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息本地方法棧：本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。
3.方法區(qū)：存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)元數(shù)據(jù)信息（元空間）
1）有時(shí)候也成為永久代，在該區(qū)內(nèi)很少發(fā)生垃圾回收，但是并不代表不發(fā)生GC，在這里進(jìn)行的GC主要是對(duì)方法區(qū)里的常量池和對(duì)類(lèi)型的卸載
2）方法區(qū)主要用來(lái)存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)的信息、常量、靜態(tài)變量和即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
該區(qū)域是被線程共享的。
3）方法區(qū)里有一個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池，用于存放靜態(tài)編譯產(chǎn)生的字面量和符號(hào)引用。該常量池具有動(dòng)態(tài)性，也就是說(shuō)常量并不一定是編譯時(shí)確定，運(yùn)行時(shí)生成的常量也會(huì)存在這個(gè)常量池中。
4.程序計(jì)數(shù)器：當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器
總結(jié)：
JVM垃圾回收算法
1.標(biāo)記-清除: 這是垃圾收集算法中最基礎(chǔ)的，根據(jù)名字就可以知道，它的思想就是標(biāo)記哪些要被回收的對(duì)象，然后統(tǒng)一回收。這種方法很簡(jiǎn)單，但是會(huì)有兩個(gè)主要問(wèn)題：1.效率不高，標(biāo)記和清除的效率都很低；2.會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，導(dǎo)致以后程序在分配較大的對(duì)象時(shí)，由于沒(méi)有充足的連續(xù)內(nèi)存而提前觸發(fā)一次GC動(dòng)作。?
2.復(fù)制算法: 為了解決效率問(wèn)題，復(fù)制算法將可用內(nèi)存按容量劃分為相等的兩部分，然后每次只使用其中的一塊，當(dāng)一塊內(nèi)存用完時(shí)，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到第二塊內(nèi)存上，然后一次性清楚完第一塊內(nèi)存，再將第二塊上的對(duì)象復(fù)制到第一塊。但是這種方式，內(nèi)存的代價(jià)太高，每次基本上都要浪費(fèi)一般的內(nèi)存。 于是將該算法進(jìn)行了改進(jìn)，內(nèi)存區(qū)域不再是按照1：1去劃分，而是將內(nèi)存劃分為8:1:1三部分，較大那份內(nèi)存交Eden區(qū)，其余是兩塊較小的內(nèi)存區(qū)叫Survior區(qū)。每次都會(huì)優(yōu)先使用Eden區(qū)，若Eden區(qū)滿，就將對(duì)象復(fù)制到第二塊內(nèi)存區(qū)上，然后清除Eden區(qū)，如果此時(shí)存活的對(duì)象太多，以至于Survivor不夠時(shí)，會(huì)將這些對(duì)象通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制復(fù)制到老年代中。（java堆又分為新生代和老年代）
3. 標(biāo)記-整理 該算法主要是為了解決標(biāo)記-清除，產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片的問(wèn)題；當(dāng)對(duì)象存活率較高時(shí)，也解決了復(fù)制算法的效率問(wèn)題。它的不同之處就是在清除對(duì)象的時(shí)候現(xiàn)將可回收對(duì)象移動(dòng)到一端，然后清除掉端邊界以外的對(duì)象，這樣就不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片了。?
4.分代收集 現(xiàn)在的虛擬機(jī)垃圾收集大多采用這種方式，它根據(jù)對(duì)象的生存周期，將堆分為新生代和老年代。在新生代中，由于對(duì)象生存期短，每次回收都會(huì)有大量對(duì)象死去，那么這時(shí)就采用復(fù)制算法。老年代里的對(duì)象存活率較高，沒(méi)有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保，所以可以使用標(biāo)記-整理 或者 標(biāo)記-清除。
JVM垃圾收集器有哪些？以及優(yōu)劣勢(shì)比較？
1.串行收集器??
串行收集器是最簡(jiǎn)單的，它設(shè)計(jì)為在單核的環(huán)境下工作（32位或者windows），你幾乎不會(huì)使用到它。它在工作的時(shí)候會(huì)暫停整個(gè)應(yīng)用的運(yùn)行，因此在所有服務(wù)器環(huán)境下都不可能被使用。
使用方法：-XX:+UseSerialGC
2.并行收集器
這是JVM默認(rèn)的收集器，跟它名字顯示的一樣，它最大的優(yōu)點(diǎn)是使用多個(gè)線程來(lái)掃描和壓縮堆。缺點(diǎn)是在minor和full GC的時(shí)候都會(huì)暫停應(yīng)用的運(yùn)行。并行收集器最適合用在可以容忍程序停滯的環(huán)境使用，它占用較低的CPU因而能提高應(yīng)用的吞吐（throughput）。
使用方法：-XX:+UseParallelGC
3.CMS收集器
CMS是Concurrent-Mark-Sweep的縮寫(xiě)，并發(fā)的標(biāo)記與清除。
這個(gè)算法使用多個(gè)線程并發(fā)地（concurrent）掃描堆，標(biāo)記不使用的對(duì)象，然后清除它們回收內(nèi)存。在兩種情況下會(huì)使應(yīng)用暫停（Stop the World, STW）：
1. 當(dāng)初次開(kāi)始標(biāo)記根對(duì)象時(shí)initial mark。
2. 當(dāng)在并行收集時(shí)應(yīng)用又改變了堆的狀態(tài)時(shí)，需要它從頭再確認(rèn)一次標(biāo)記了正確的對(duì)象final remark。
這個(gè)收集器最大的問(wèn)題是在年輕代與老年代收集時(shí)會(huì)出現(xiàn)的一種競(jìng)爭(zhēng)情況（race condition），稱為提升失敗promotion failure。對(duì)象從年輕代復(fù)制到老年代稱為提升promotion，但有時(shí)侯老年代需要清理出足夠空間來(lái)放這些對(duì)象，這需要一定的時(shí)間，它收集的速度可能趕不上不斷產(chǎn)生的要提升的年輕代對(duì)象的速度，這時(shí)就需要做STW的收集。STW正是CMS想避免的問(wèn)題。為了避免這個(gè)問(wèn)題，需要增加老年代的空間大小或者增加更多的線程來(lái)做老年代的收集以趕上從年輕代復(fù)制對(duì)象的速度。
除了上文所說(shuō)的內(nèi)容之外，CMS最大的問(wèn)題就是內(nèi)存空間碎片化的問(wèn)題。CMS只有在觸發(fā)FullGC的情況下才會(huì)對(duì)堆空間進(jìn)行compact。如果線上應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，碎片化會(huì)非常嚴(yán)重，會(huì)很容易造成promotion failed。為了解決這個(gè)問(wèn)題線上很多應(yīng)用通過(guò)定期重啟或者手工觸發(fā)FullGC來(lái)觸發(fā)碎片整理。
對(duì)比并行收集器它的一個(gè)壞處是需要占用比較多的CPU。對(duì)于大多數(shù)長(zhǎng)期運(yùn)行的服務(wù)器應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這通常是值得的，因?yàn)樗粫?huì)導(dǎo)致應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間的停滯。但是它不是JVM的默認(rèn)的收集器。
4.G1收集器
如果你的堆內(nèi)存大于4G的話，那么G1會(huì)是要考慮使用的收集器。它是為了更好支持大于4G堆內(nèi)存在JDK 7 u4引入的。G1收集器把堆分成多個(gè)區(qū)域，大小從1MB到32MB，并使用多個(gè)后臺(tái)線程來(lái)掃描這些區(qū)域，優(yōu)先會(huì)掃描最多垃圾的區(qū)域，這就是它名稱的由來(lái)，垃圾優(yōu)先Garbage First。
如果在后臺(tái)線程完成掃描之前堆空間耗光的話，才會(huì)進(jìn)行STW收集。它另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它在處理的同時(shí)會(huì)整理壓縮堆空間，相比CMS只會(huì)在完全STW收集的時(shí)候才會(huì)這么做。
使用過(guò)大的堆內(nèi)存在過(guò)去幾年是存在爭(zhēng)議的，很多開(kāi)發(fā)者從單個(gè)JVM分解成使用多個(gè)JVM的微服務(wù)（micro-service）和基于組件的架構(gòu)。其他一些因素像分離程序組件、簡(jiǎn)化部署和避免重新加載類(lèi)到內(nèi)存的考慮也促進(jìn)了這樣的分離。
除了這些因素，最大的因素當(dāng)然是避免在STW收集時(shí)JVM用戶線程停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，如果你使用了很大的堆內(nèi)存的話就可能出現(xiàn)這種情況。另外，像Docker那樣的容器技術(shù)讓你可以在一臺(tái)物理機(jī)器上輕松部署多個(gè)應(yīng)用也加速了這種趨勢(shì)。
使用方法：－XX:+UseG1GC
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java必考题目之JVM面试题目和答案的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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