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2021面试必问JVM篇

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砖业洋__
发布2023-05-06 20:38:19
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给大家归纳总结下:

1. 什么是JVM?

JVM全称是 Java Virtual Machine ,中文称为 Java虚拟机 。

JVMJava程序运行的底层平台,与Java支持库一起构成了Java程序的执行环境。分为JVM规范和JVM实现两个部分。简单来说,Java虚拟机就是指能执行标准Java字节码的虚拟计算机。

1.1 请问JDK与JVM有什么区别?

现在的JDKJREJVM一般是整套出现的。 JDK = JRE + 开发调试诊断工具 JRE = JVM + Java标准库

1.2 常见的JDK厂商有哪些?

常见的JDK厂商包括:

  • Oracle公司,包括 Hotspot虚拟机、GraalVM;分为OpenJDKOracleJDK两种 版本。
  • IBM 公司,J9虚拟机, 用在IBM的产品套件中
  • Azul Systems公司,高性能的Zing和开源的Zulu
  • 阿里巴巴,Dragonwell 是阿里开发的OpenJDK定制版
  • 亚马逊,Corretto OpenJDK
  • Red Hat公司的OpenJDKAdopt OpenJDK 此外,还有一些开源和试验性质的JVM实现,比如Go.JVM

1.3 OracleJDK与OpenJDK有什么区别?

各种版本的JDK一般来说都会符合Java虚拟机规范。 两者的区别一般来说包括:

  • 两种JDK提供的工具套件略有差别,比如jmc等有版权的工具。
  • 某些协议或配置不一样,比如美国限制出口的加密算法。
  • 其他细微差别,比如JRE中某些私有的API不一样。

1.4 开发中使用哪个版本的JDK?生产环境呢? 为什么这么选?

选择哪个版本需要考虑研发团队的具体情况:比如机器的操作系统,团队成员的掌握情况,兼顾遗留项目等等。 当前Java最受欢迎的长期维护版本是Java8Java11

  • Java8是经典LTS版本,性能优秀,系统稳定,良好支持各种CPU架构和操作系统平台。
  • Java11是新的长期支持版,性能更强,支持更多新特性,而且经过几年的维护已经很稳定。

有的企业在开发环境使用OracleJDK,在生产环境使用OpenJDK,也有的企业恰好相反,在开发环境使用OpenJDK,在生产环境使用OracleJDK,也有的公司使用同样的打包版本。 开发和部署时只要进行过测试就没问题。 一般来说。 测试环境、预上线环境的JDK配置需要和生产环境一致。

2. 什么是Java字节码?

Java 中的字节码,是值 Java 源代码编译后的中间代码格式,一般称为字节码文件。

2.1 字节码文件中包含哪些内容?

字节码文件中,一般包含以下部分:

  • 版本号信息
  • 静态常量池(符号常量)
  • 类相关的信息
  • 字段相关的信息
  • 方法相关的信息
  • 调试相关的信息

可以这么说,大部分信息都是通过常量池中的符号常量来表述的。

2.2 什么是常量?

  常量是指不变的量,比如字母 'A' 或者数字 1024UTF8编码中对应到对应的二进制格式都是不变的。同样地,字符串在Java中的二进制表示也是不变的, 比如 "AA" 。   在Java中需要注意的是, final 关键字修饰的字段和变量,表示最终变量,只能赋值1次,不允许再次修改,由编译器和执行引擎共同保证。

2.3 怎么理解常量池?

Java中,常量池包括两层含义:

  • 静态常量池,class文件中的一个部分,里面保存的是类相关的各种符号常量。
  • 运行时常量池, 其内容主要由静态常量池解析得到,但也可以由程序添加。

3. JVM的运行时数据区有哪些?

根据 JVM规范,标准的JVM运行时数据区包括以下部分:

  • 程序计数器
  • Java虚拟机栈
  • 堆内存
  • 方法区
  • 运行时常量池
  • 本地方法栈

具体的JVM实现可根据实际情况进行优化或者合并,满足规范的要求即可。

3.1 什么是堆内存?

  堆内存是指由程序代码自由分配的内存,与栈内存作区分。在Java中,堆内存主要用于分配对象的存储空间,只要拿到对象引用,所有线程都可以访问堆内存。

3.2 堆内存包括哪些部分?

Hotspot为例,堆内存(HEAP)主要由GC模块进行分配和管理, 可分为以下部分:

  • 新生代
  • 存活区
  • 老年代

其中,新生代和存活区一般称为年轻代。

3.3 什么是非堆内存?

除堆内存之外,JVM的内存池还包括非堆(NON_HEAP),对应于JVM规范中的方法区,常量池等部分:

  • MetaSpace
  • CodeCache
  • Compressed Class Space

4. 什么是内存溢出?

内存溢出(OOM)是指可用内存不足。

  程序运行需要使用的内存超出最大可用值,如果不进行处理就会影响到其他进程,所以现在操作系统的处理办法是:只要超出立即报错,比如抛出内存溢出错误

  就像杯子装不下,满了要溢出来一样,比如一个杯子只有500ml的容量,却倒进去600ml,于是水就溢出造成破坏。

4.1 什么是内存泄漏?

  内存泄漏(Memory Leak)是指本来无用的对象却继续占用内存,没有再恰当的时机释放占用的内存。

  不使用的内存,却没有被释放,称为内存泄漏 。 也就是该释放的没释放,该回收的没回收。

  比较典型的场景是: 每一个请求进来,或者每一次操作处理,都分配了内存,却有一部分不能回收(或未释放),那么随着处理的请求越来越多,内存泄漏也就越来越严重。

  在Java中一般是指无用的对象却因为错误的引用关系,不能被GC回收清理。

4.2 内存泄漏和内存溢出有什么关系?

  如果存在严重的内存泄漏问题,随着时间的推移,则必然会引起内存溢出。

  内存泄漏一般是资源管理问题和程序BUG,内存溢出则是内存空间不足和内存泄漏的最终结果。

5. 分析对象的内存占用

64位的系统中,如下:

代码语言:javascript
复制
public class Test{
    private long orderId;
    private long userId;
    private byte state;
    private long createMillis;
}

一般来说,Test 类的每个对象会占用40个字节。怎么算的,往下看

5.1 对象内存占用计算出来的?

64JVM中,对象头占用12字节,但是以8字节对齐,所以一个空类的实例(空对象)至少占用16字节。在32JVM中,对象头占用8个字节,以4的倍数对齐(不是说4字节)。所以new出来的很多简单对象,甚至是new Object(),都会占用不少内容。

计算方式为:

  • 对象头占用12字节。
  • 每个long类型的字段占用8字节,3long字段占用24字节。
  • byte 字段占用1个字节。
  • 以上合计 37字节,而64JVM8字节对齐,则实际占用40个字节。

5.2 对象头中包含哪些部分?

对象头中一般包含两个部分:

  • 标记字,占用一个机器字,也就是8字节。
  • 类型指针,占用一个机器字,也就是8个字节。
  • 通常在32JVM,以及内存小于-Xmx32G64JVM上(默认开启指针压缩),一个引用占用的内存默认是4个字节。所以,64位的JVM一般需要消耗更多堆内存。

所以前面的计算中,对象头占用12字节。

如果是数组,对象头中还会多出一个部分:

  • 数组长度, int值,占用4字节。

如果是包装类型,那么比原生数据类型消耗的内存要多:

  • Integer:占用16字节(头部8+4=12,数据4字节),因为 int 部分占4个字节,所以使用 Integer 比原生类型int 要多消耗 300% 的内存。
  • Long:一般占用24个字节(头部8+4+数据长度8字节=20字节,再对齐),当然,对象的实际大小由底层平台的内存对齐确定,具体由特定 CPU平台的 JVM 实现决定。 看起来一个 Long 类型的对象,比起原生类型 long 多占用了8个字节(也多消耗200%)。

6. 常用的JVM启动参数有哪些?

截止目前,JVM可配置参数已经达到1000多个,其中GC和内存配置相关的JVM参数就有600多个。 但在绝大部分业务场景下,常用的JVM配置参数也就10来个。 例如:

代码语言:javascript
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# JVM启动参数不换行
# 设置堆内存 
‐Xmx4g ‐Xms4g 
# 指定GC算法 
‐XX:+UseG1GC ‐XX:MaxGCPauseMillis=50 
# 指定GC并行线程数 
‐XX:ParallelGCThreads=4 
# 打印GC日志 
‐XX:+PrintGCDetails ‐XX:+PrintGCDateStamps 
# 指定GC日志文件 
‐Xloggc:gc.log 
# 指定Meta区的最大值 
‐XX:MaxMetaspaceSize=2g 
# 设置单个线程栈的大小 
‐Xss1m 
# 指定堆内存溢出时自动进行Dump 
‐XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
‐XX:HeapDumpPath=/usr/local/

此外,还有一些常用的属性配置:

代码语言:javascript
复制
# 指定默认的连接超时时间 
‐Dsun.net.client.defaultConnectTimeout=2000
‐Dsun.net.client.defaultReadTimeout=2000 
# 指定时区 
‐Duser.timezone=GMT+08 
# 设置默认的文件编码为UTF‐8 
‐Dfile.encoding=UTF‐8 
# 指定随机数熵源(Entropy Source) 
‐Djava.security.egd=file:/dev/./urandom

6.1 设置堆内存XMX应该考虑哪些因素?

需要根据系统的配置来确定,要给操作系统和JVM本身留下一定的剩余空间。 推荐配置系统或容器里可用内存的 70­~80% 最好。

6.2 假设物理内存是8G,设置多大堆内存比较合适?

比如说系统有 8G 物理内存,系统自己可能会用掉一点,大概还有 7.5G 可以用,那么建议配置 ‐Xmx6g

说明: 7.5G*0.8 = 6G ,如果知道系统里有明确使用堆外内存的地方,还需要进一步降低这个值。

6.3 ‐Xmx 设置的值与JVM进程所占用的内存有什么关系?

JVM总内存=栈+堆+非堆+堆外+Native

6.4 怎样开启GC日志?

一般来说,JDK8及以下版本通过以下参数来开启GC日志:

代码语言:javascript
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‐XX:+PrintGCDetails ‐XX:+PrintGCDateStamps ‐Xloggc:gc.log

如果是在JDK9及以上的版本,则格式略有不同:

代码语言:javascript
复制
‐Xlog:gc*=info:file=gc.log:time:filecount=0

6.5 请指定使用G1垃圾收集器来启动 Hello 程序

代码语言:javascript
复制
java ‐XX:+UseG1GC
‐Xms4g
‐Xmx4g
‐Xloggc:gc.log
‐XX:+PrintGCDetails
‐XX:+PrintGCDateStamps
Hello

7. Java8默认使用的垃圾收集器是什么?

Java8版本的Hotspot JVM,默认情况下使用的是并行垃圾收集器(Parallel GC)。其他厂商提供的JDK8基本上也默认使用并行垃圾收集器。

7.1 Java11的默认垃圾收集器是什么?

Java9之后,官方JDK默认使用的垃圾收集器是G1

7.2 常见的垃圾收集器有哪些?

常见的垃圾收集器包括:

  • 串行垃圾收集器: ‐XX:+UseSerialGC
  • 并行垃圾收集器: ‐XX:+UseParallelGC
  • CMS垃圾收集器: ‐XX:+UseConcMarkSweepGC
  • G1垃圾收集器: ‐XX:+UseG1GC

7.3 什么是串行垃圾收集?

就是只有单个worker线程来执行GC工作。

7.4 什么是并行垃圾收集?

  并行垃圾收集,是指使用多个GC worker 线程并行地执行垃圾收集,能充分利用多核 CPU的能力,缩短垃圾收集的暂停时间。 除了单线程的GC,其他的垃圾收集器,比如 PSCMSG1等新的垃圾收集器都使用了多个线程来并行执行GC工作。

7.5 什么是并发垃圾收集器?

  并发垃圾收集器,是指在应用程序在正常执行时,有一部分GC任务,由GC线程在应 用线程一起并发执行。 例如 CMS/G1的各种并发阶段。

7.6 什么是增量式垃圾收集?

G1的堆内存不再单纯划分为年轻代和老年代,而是划分为多个(通常是 2048 个)可以存放对象的小块堆区域(smaller heap regions)。

  每个小块,可能一会被定义成 Eden 区,一会被指定为 Survivor 区或者 Old 区。 这样划分之后,使得 G1 不必每次都去回收整个堆空间,而是以增量的方式来进行处 理: 每次只处理一部分内存块,称为此次 GC 的回收集(collection set)。

  下一次GC时在本次的基础上,再选定一定的区域来进行回收。增量式垃圾收集的好处 是大大降低了单次GC暂停的时间。

7.7 什么是年轻代?

  年轻代是分来垃圾收集算法中的一个概念,相对于老年代而言,年轻代一般包括:

  • 新生代,Eden区。
  • 存活区,执行年轻代GC时,用存活区来保存活下来的对象。 存活区也是年轻代 的一部分,但一般有2个存活区,所以可以来回倒腾。

7.8 什么是GC停顿(GC pause)?

  因为GC过程中,有一部分操作需要等所有应用线程都到达安全点,暂停之后才能执行,这时候就叫做GC停顿,或者叫做GC暂停。

7.9 GC停顿与STW停顿有什么区别?

这两者一般可以认为就是同一个意思。

8. 如果CPU使用率突然飙升,你会怎么排查?

缺乏经验的话,针对当前问题,往往需要使用不同的工具来收集信息,例如:

  • 收集不同的指标(CPU,内存,磁盘IO,网络等等)
  • 分析应用日志
  • 分析GC日志
  • 获取线程转储并分析
  • 获取堆转储来进行分析

8.1 如果系统响应变慢,你会怎么排查?

一般根据APM监控来排查应用系统本身的问题。 有时候也可以使用Chrome浏览器等工具来排查外部原因,比如网络问题。

8.2 系统性能一般怎么衡量?

可量化的3个性能指标:

  • 系统容量:比如硬件配置,设计容量;
  • 吞吐量:最直观的指标是TPS
  • 响应时间:也就是系统延迟,包括服务端延时和网络延迟。

这些指标。可以具体拓展到单机并发,总体并发,数据量,用户数,预算成本等等。

9. 使用过哪些JVM相关的工具?

这个问题请根据实际情况回答,比如Linux命令,或者JDK提供的工具等。

9.1 查看JVM进程号的命令是什么?

可以使用 ps ‐efjps ‐v 等等。

9.2 怎么查看剩余内存?

比如: free ‐m , free ‐h , top 命令等等。

9.3 查看线程栈的工具是什么?

一般先使用 jps命令, 再使用 jstack ‐l

9.4 用什么工具来获取堆内存转储?

一般使用 jmap 工具来获取堆内存快照。

9.5 内存Dump时有哪些注意事项?

根据实际情况来看,获取内存快照可能会让系统暂停或阻塞一段时间,根据内存量决定。 使用jmap时,如果指定 live 参数,则会触发一次FullGC,需要注意。

9.6 使用JMAP转储堆内存大致的参数怎么处理?

示例:

代码语言:javascript
复制
jmap ‐dump:format=b,file=3826.hprof 3826

9.7 为什么转储文件以 .hprof 结尾?

JVM有一个内置的分析器叫做HPROF, 堆内存转储文件的格式,最早就是这款工具定义的。

9.8 内存Dump完成之后,用什么工具来分析?

一般使用 Eclipse MAT工具,或者 jhat 工具来处理。

9.9 如果忘记了使用什么参数你一般怎么处理?

  上网搜索是比较笨的办法,但也是一种办法。另外就是,各种JDK工具都支持 ‐h 选项来查看帮助信息,只要用得比较熟练,即使忘记了也很容易根据提示进行操作。

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原始发表:2021-10-29,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 1. 什么是JVM?
    • 1.1 请问JDK与JVM有什么区别?
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            • 2.1 字节码文件中包含哪些内容?
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                • 3. JVM的运行时数据区有哪些?
                  • 3.1 什么是堆内存?
                    • 3.2 堆内存包括哪些部分?
                      • 3.3 什么是非堆内存?
                      • 4. 什么是内存溢出?
                        • 4.1 什么是内存泄漏?
                          • 4.2 内存泄漏和内存溢出有什么关系?
                          • 5. 分析对象的内存占用
                            • 5.1 对象内存占用计算出来的?
                              • 5.2 对象头中包含哪些部分?
                              • 6. 常用的JVM启动参数有哪些?
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                                      • 6.4 怎样开启GC日志?
                                        • 6.5 请指定使用G1垃圾收集器来启动 Hello 程序
                                        • 7. Java8默认使用的垃圾收集器是什么?
                                          • 7.1 Java11的默认垃圾收集器是什么?
                                            • 7.2 常见的垃圾收集器有哪些?
                                              • 7.3 什么是串行垃圾收集?
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                                                      • 7.7 什么是年轻代?
                                                        • 7.8 什么是GC停顿(GC pause)?
                                                          • 7.9 GC停顿与STW停顿有什么区别?
                                                          • 8. 如果CPU使用率突然飙升,你会怎么排查?
                                                            • 8.1 如果系统响应变慢,你会怎么排查?
                                                              • 8.2 系统性能一般怎么衡量?
                                                              • 9. 使用过哪些JVM相关的工具?
                                                                • 9.1 查看JVM进程号的命令是什么?
                                                                  • 9.2 怎么查看剩余内存?
                                                                    • 9.3 查看线程栈的工具是什么?
                                                                      • 9.4 用什么工具来获取堆内存转储?
                                                                        • 9.5 内存Dump时有哪些注意事项?
                                                                          • 9.6 使用JMAP转储堆内存大致的参数怎么处理?
                                                                            • 9.7 为什么转储文件以 .hprof 结尾?
                                                                              • 9.8 内存Dump完成之后,用什么工具来分析?
                                                                                • 9.9 如果忘记了使用什么参数你一般怎么处理?
                                                                                相关产品与服务
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