【剑指offer】JVM经典面试题

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。 Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因

问题清单

1. 你知道哪些或者你们线上使⽤什么GC策略？它有什么优势，适⽤于什么场景？

堆内存划分为 Eden、Survivor 和 Tenured/Old 空间，如下图所示：

从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC，对老年代GC称为Major GC,而Full GC是对整个堆来说的，在最近几个版本的JDK里默认包括了对永生带即方法区的回收（JDK8中无永生带了），出现Full GC的时候经常伴随至少一次的Minor GC,但非绝对的。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上

下边看看有那种情况触发JVM进行Full GC及应对策略。

【System.gc()方法的调用】 此方法的调用是建议JVM进行Full GC,虽然只是建议而非一定,但很多情况下它会触发 Full GC,从而增加Full GC的频率,也即增加了间歇性停顿的次数。强烈影响系建议能不使用此方法就别使用，让虚拟机自己去管理它的内存，可通过通过

-XX:+ DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.gc。 【老年代代空间不足】 老年代空间只有在新生代对象转入及创建为大对象、大数组时才会出现不足的现象，当执行Full GC后空间仍然不足，则抛出如下错误： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 为避免以上两种状况引起的Full GC，调优时应尽量做到让对象在Minor GC阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间及不要创建过大的对象及数组。

【永生区空间不足】 JVM规范中运行时数据区域中的方法区，在HotSpot虚拟机中又被习惯称为永生代或者永生区，Permanet Generation中存放的为一些class的信息、常量、静态变量等数据，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，Permanet Generation可能会被占满，在未配置为采用CMS GC的情况下也会执行Full GC。如果经过Full GC仍然回收不了，那么JVM会抛出如下错误信息： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 为避免Perm Gen占满造成Full GC现象，可采用的方法为增大Perm Gen空间或转为使用CMS GC。

【CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure】 对于采用CMS进行老年代GC的程序而言，尤其要注意GC日志中是否有promotion failed和concurrent mode failure两种状况，当这两种状况出现时可能会触发Full GC。promotion failed是在进行Minor GC时，survivor space放不下、对象只能放入老年代，而此时老年代也放不下造成的；concurrent mode failure是在执行CMS GC的过程中同时有对象要放入老年代，而此时老年代空间不足造成的（有时候“空间不足”是CMS GC时当前的浮动垃圾过多导致暂时性的空间不足触发Full GC）。对措施为：增大survivor space、老年代空间或调低触发并发GC的比率，但在JDK 5.0+、6.0+的版本中有可能会由于JDK的bug29导致CMS在remark完毕后很久才触发sweeping动作。对于这种状况，可通过设置-XX: CMSMaxAbortablePrecleanTime=5（单位为ms）来避免。 【统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于老年代的剩余空间】 这是一个较为复杂的触发情况，Hotspot为了避免由于新生代对象晋升到旧生代导致旧生代空间不足的现象，在进行Minor GC时，做了一个判断，如果之前统计所得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间，那么就直接触发Full GC。 例如程序第一次触发Minor GC后，有6MB的对象晋升到旧生代，那么当下一次Minor GC发生时，首先检查旧生代的剩余空间是否大于6MB，如果小于6MB，则执行Full GC。 当新生代采用PS GC时，方式稍有不同，PS GC是在Minor GC后也会检查，例如上面的例子中第一次Minor GC后，PS GC会检查此时旧生代的剩余空间是否大于6MB，如小于，则触发对旧生代的回收。

除了以上4种状况外，对于使用RMI来进行RPC或管理的Sun JDK应用而言，默认情况下会一小时执行一次Full GC。可通过在启动时通过

java -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=3600000

来设置Full GC执行的间隔时间或通过-XX:+ DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.gc。

【堆中分配很大的对象】 所谓大对象，是指需要大量连续内存空间的java对象，例如很长的数组，此种对象会直接进入老年代，而老年代虽然有很大的剩余空间，但是无法找到足够大的连续空间来分配给当前对象，此种情况就会触发JVM进行Full GC。为了解决这个问题，CMS垃圾收集器提供了一个可配置的参数，

即-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

开关参数，用于在“享受”完Full GC服务之后额外免费赠送一个碎片整理的过程，内存整理的过程无法并发的，空间碎片问题没有了，但提顿时间不得不变长了，JVM设计者们还提供了另外一个参数 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,这个参数用于设置在执行多少次不压缩的Full GC后,跟着来一次带压缩的。

2.Java类加载器包括⼏种？它们之间的⽗⼦关系是怎么样的？双亲委派机制是什么意思？有什么好处？

启动Bootstrap类加载、扩展Extension类加载、系统System类加载。

父子关系如下：

• 启动类加载器 ，由C++ 实现，没有父类；
• 扩展类加载器，由Java语言实现，父类加载器为null；
• 系统类加载器，由Java语言实现，父类加载器为扩展类加载器；
• 自定义类加载器，父类加载器肯定为AppClassLoader。

双亲委派机制：类加载器收到类加载请求，自己不加载，向上委托给父类加载，父类加载不了，再自己加载。

优势避免Java核心API篡改

3.如何⾃定义⼀个类加载器？你使⽤过哪些或者你在什么场景下需要⼀个⾃定义的类加载器吗？

自定义类加载的意义：

1. 加载特定路径的class文件
2. 加载一个加密的网络class文件
3. 热部署加载class文件

4.堆内存设置的参数是什么？

• -Xmx 设置堆的最大空间大小
• -Xms 设置堆的最小空间大小

5.Perm Space中保存什么数据？会引起OutOfMemory吗？

加载class文件。

会引起，出现异常可以设置 -XX:PermSize 的大小。JDK 1.8后，字符串常量不存放在永久带，而是在堆内存中，JDK8以后没有永久代概念，而是用元空间替代，元空间不存在虚拟机中，二是使用本地内存。

补充：Java8内存模型—永久代(PermGen)和元空间(Metaspace)

根据 JVM 规范，JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。

绝大部分 Java 程序员应该都见过

"java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "这个异常。这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范，而后者则是 JVM 规范的一种实现，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并没有“PermGen space”。由于方法区主要存储类的相关信息，所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是，在 jsp 页面比较多的情况，容易出现永久代内存溢出。

移除永久代的工作从JDK1.7就开始了。JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并没完全移除，譬如符号引用(Symbols)转移到了native heap；字面量(interned strings)转移到了java heap；类的静态变量(class statics)转移到了java heap。

6.做GC时，⼀个对象在内存各个Space中被移动的顺序是什么？

标记清除法，复制算法，标记整理、分代算法。

新生代一般采用复制算法 GC，老年代使用标记整理算法。 垃圾收集器：串行新生代收集器、串行老生代收集器、并行新生代收集器、并行老年代收集器。 CMS（Current Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，它是一种并发收集器，采用的是Mark-Sweep算法。

如果确定某个对象是“垃圾”？既然垃圾收集器的任务是回收垃圾对象所占的空间供新的对象使用，那么垃圾收集器如何确定某个对象是“垃圾”？—即通过什么方法判断一个对象可以被回收了。

在java中是通过引用来和对象进行关联的，也就是说如果要操作对象，必须通过引用来进行。那么很显然一个简单的办法就是通过引用计数来判断一个对象是否可以被回收。不失一般性，如果一个对象没有任何引用与之关联，则说明该对象基本不太可能在其他地方被使用到，那么这个对象就成为可被回收的对象了。这种方式成为引用计数法。

7.你有没有遇到过OutOfMemory问题？你是怎么来处理这个问题的？处理 过程中有哪些收获？

permgen space、heap space 错误。

常见的原因

• 内存加载的数据量太大：一次性从数据库取太多数据；
• 集合类中有对对象的引用，使用后未清空，GC不能进行回收；
• 代码中存在循环产生过多的重复对象；
• 启动参数堆内存值小。

8.JDK 1.8之后Perm Space有哪些变动? MetaSpace⼤⼩默认是⽆限的么? 还是你们会通过什么⽅式来指定⼤⼩?

JDK 1.8后用元空间替代了 Perm Space；字符串常量存放到堆内存中。

MetaSpace大小默认没有限制，一般根据系统内存的大小。JVM会动态改变此值。

• -XX:MetaspaceSize：分配给类元数据空间（以字节计）的初始大小（Oracle逻辑存储上的初始高水位，the initial high-water-mark）。此值为估计值，MetaspaceSize的值设置的过大会延长垃圾回收时间。垃圾回收过后，引起下一次垃圾回收的类元数据空间的大小可能会变大。
• -XX:MaxMetaspaceSize：分配给类元数据空间的最大值，超过此值就会触发Full GC，此值默认没有限制，但应取决于系统内存的大小。JVM会动态地改变此值。

9.jstack 是⼲什么的? jstat 呢？如果线上程序周期性地出现卡顿，你怀疑可 能是 GC 导致的，你会怎么来排查这个问题？线程⽇志⼀般你会看其中的什么 部分？

jstack 用来查询 Java 进程的堆栈信息。

jvisualvm 监控内存泄露，跟踪垃圾回收、执行时内存、cpu分析、线程分析。

10.StackOverflow异常有没有遇到过？⼀般你猜测会在什么情况下被触发？如何指定⼀个线程的堆栈⼤⼩？⼀般你们写多少？

栈内存溢出，一般由栈内存的局部变量过爆了，导致内存溢出。出现在递归方法，参数个数过多，递归过深，递归没有出口。

写在最后

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