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learn.lianglianglee.com/专栏/JVM 核心技术 32 讲（完）/31 JVM 相关的常见面试问题汇总：运筹策帷帐之中，决胜于千里之外.md.html
周伟 0f006e4e9b add
2022-05-11 18:57:05 +08:00

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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>31 JVM 相关的常见面试问题汇总：运筹策帷帐之中，决胜于千里之外</h1>
<p>面试和笔试的要点其实差不多，基础知识和实战经验都是最重要的关注点（当然，面试时的态度和眼缘也很重要）。</p>
<p>实际面试时，因为时间有限，不可能所有问题都问一遍，一般是根据简历上涉及的内容，抽一部分话题来聊一聊。看看面试者的经验、态度，以及面对一层层深入问题时的处理思路。借此了解面试者的技术水平，对深度、广度，以及思考和解决问题的能力。</p>
<p>常见的面试套路是什么呢？</p>
<ul>
<li>XXX 是什么？</li>
<li>实现原理是什么？</li>
<li>为什么这样实现？</li>
<li>如果让你实现你会怎么做？</li>
<li>分析下你的实现有什么优缺点？</li>
<li>有哪些需要改进的地方?</li>
</ul>
<p>下面总结一些比较常见的面试题，供大家参考。针对这些问题，大家可以给自己打一个分。</p>
<ul>
<li>0 分：不清楚相关知识。</li>
<li>30 分：有一点印象，知道一些名词。</li>
<li>60 分：知道一些概念以及含义，了解功能和常见用途。</li>
<li>80 分：能在参考答案的基础上进行补充。</li>
<li>100 分：发现参考答案的问题。</li>
</ul>
<p>下面我们来看看 JVM 相关面试问题。</p>
<h3>1. 什么是 JVM？</h3>
<p>JVM 全称是 Java Virtual Machine，中文称为 Java 虚拟机。</p>
<p>JVM 是 Java 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。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>1.1 请问 JDK 与 JVM 有什么区别？</strong></h4>
<p>现在的 JDK、JRE 和 JVM 一般是整套出现的。</p>
<ul>
<li>JDK = JRE + 开发调试诊断工具</li>
<li>JRE = JVM + Java 标准库</li>
</ul>
<h4><strong>1.2 你认识哪些 JVM 厂商？</strong></h4>
<p>常见的 JDK 厂商包括：</p>
<ul>
<li>Oracle 公司，包括 Hotspot 虚拟机、GraalVM，分为 OpenJDK 和 OracleJDK 两种版本</li>
<li>IBM 公司，J9 虚拟机，用在 IBM 的产品套件中</li>
<li>Azul Systems 公司，高性能的 Zing 和开源的 Zulu</li>
<li>阿里巴巴，Dragonwell 是阿里开发的 OpenJDK 定制版</li>
<li>亚马逊，Corretto OpenJDK</li>
<li>Red Hat 公司的 OpenJDK</li>
<li>Adopt OpenJDK</li>
<li>此外，还有一些开源和试验性质的 JVM 实现，比如 Go.JVM</li>
</ul>
<h4><strong>1.3 OracleJDK 与 OpenJDK 有什么区别？</strong></h4>
<p>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：</p>
<ul>
<li>两种 JDK 提供的工具套件略有差别，比如 jmc 等有版权的工具。</li>
<li>某些协议或配置不一样，比如美国限制出口的加密算法。</li>
<li>其他细微差别，比如 JRE 中某些私有的 API 不一样。</li>
</ul>
<h4><strong>1.4 开发中使用哪个版本的 JDK？生产环境呢？为什么这么选？</strong></h4>
<p>有一说一，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。</p>
<p>当前 Java 最受欢迎的长期维护版本是 Java 8 和 Java 11。</p>
<ul>
<li>Java 8 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。</li>
<li>Java 11 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。</li>
</ul>
<p>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。</p>
<h3>2. 什么是 Java 字节码？</h3>
<p>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。</p>
<h4><strong>2.1 字节码文件中包含哪些内容？</strong></h4>
<p>字节码文件中，一般包含以下部分：</p>
<ul>
<li>版本号信息</li>
<li>静态常量池（符号常量）</li>
<li>类相关的信息</li>
<li>字段相关的信息</li>
<li>方法相关的信息</li>
<li>调试相关的信息</li>
</ul>
<p>可以说，大部分信息都是通过常量池中的符号常量来表述的。</p>
<h4><strong>2.2 什么是常量？</strong></h4>
<p>常量是指不变的量，字母 'K' 或者数字 1024 在 UTF-8 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 &quot;KK&quot;。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>2.3 你怎么理解常量池？</strong></h4>
<p>在 Java 中，常量池包括两层含义：</p>
<ul>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ul>
<h3>3. JVM 的运行时数据区有哪些？</h3>
<p>根据 <a href="https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se11/html/jvms-2.html#jvms-2.5">JVM 规范</a>，标准的 JVM 运行时数据区包括以下部分：</p>
<ul>
<li>程序计数器</li>
<li>Java 虚拟机栈</li>
<li>堆内存</li>
<li>方法区</li>
<li>运行时常量池</li>
<li>本地方法栈</li>
</ul>
<p>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。</p>
<h4><strong>3.1 什么是堆内存？</strong></h4>
<p>堆内存是指由程序代码自由分配的内存，与栈内存作区分。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>3.2 堆内存包括哪些部分？</strong></h4>
<p>以 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：</p>
<ul>
<li>新生代</li>
<li>存活区</li>
<li>老年代</li>
</ul>
<p>其中，新生代和存活区一般称为年轻代。</p>
<h4><strong>3.3 什么是非堆内存？</strong></h4>
<p>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：</p>
<ul>
<li>MetaSpace</li>
<li>CodeCache</li>
<li>Compressed Class Space</li>
</ul>
<h3>4. 什么是内存溢出？</h3>
<p>内存溢出（OOM）是指可用内存不足。</p>
<p>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”。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>4.1 什么是内存泄漏？</strong></h4>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>4.2 两者有什么关系？</strong></h4>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<h3>5. 给定一个具体的类，请分析对象的内存占用</h3>
<pre><code>public class MyOrder{
private long orderId;
private long userId;
private byte state;
private long createMillis;
}
</code></pre>
<p>一般来说，MyOrder 类的每个对象会占用 40 个字节。</p>
<h4><strong>5.1 怎么计算出来的？</strong></h4>
<p>计算方式为：</p>
<ul>
<li>对象头占用 12 字节。</li>
<li>每个 long 类型的字段占用 8 字节，3 个 long 字段占用 24 字节。</li>
<li>byte 字段占用 1 个字节。</li>
<li>以上合计 37 字节，加上以 8 字节对齐，则实际占用 40 个字节。</li>
</ul>
<h4><strong>5.2 对象头中包含哪些部分？</strong></h4>
<p>对象头中一般包含两个部分：</p>
<ul>
<li>标记字，占用一个机器字，也就是 8 字节。</li>
<li>类型指针，占用一个机器字，也就是 8 个字节。</li>
<li>如果堆内存小于 32GB，JVM 默认会开启指针压缩，则只占用 4 个字节。</li>
</ul>
<p>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：</p>
<ul>
<li>数组长度，int 值，占用 4 字节。</li>
</ul>
<h3>6. 常用的 JVM 启动参数有哪些？</h3>
<p>截止目前（2020 年 3 月），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。</p>
<p>例如：</p>
<pre><code class="language-shell"># 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/
</code></pre>
<p>此外，还有一些常用的属性配置：</p>
<pre><code># 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
</code></pre>
<h4><strong>6.1 设置堆内存 XMX 应该考虑哪些因素？</strong></h4>
<p>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。</p>
<h4><strong>6.2 假设物理内存是 8G，设置多大堆内存比较合适？</strong></h4>
<p>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 <code>-Xmx6g</code>。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>6.3 -Xmx 设置的值与 JVM 进程所占用的内存有什么关系？</strong></h4>
<p>JVM 总内存 = 栈 + 堆 + 非堆 + 堆外 + Native</p>
<h4><strong>6.4 怎样开启 GC 日志？</strong></h4>
<p>一般来说，JDK 8 及以下版本通过以下参数来开启 GC 日志：</p>
<pre><code>-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log
</code></pre>
<p>如果是在 JDK 9 及以上的版本，则格式略有不同：</p>
<pre><code>-Xlog:gc*=info:file=gc.log:time:filecount=0
</code></pre>
<h4><strong>6.5 请指定使用 G1 垃圾收集器来启动 Hello 程序</strong></h4>
<pre><code>java -XX:+UseG1GC
-Xms4g
-Xmx4g
-Xloggc:gc.log
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
Hello
</code></pre>
<h3>7. Java 8 默认使用的垃圾收集器是什么？</h3>
<p>Java 8 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 JDK 8 基本上也默认使用并行垃圾收集器。</p>
<h4><strong>7.1 Java11 的默认垃圾收集器是什么？</strong></h4>
<p>Java 9 之后，官方 JDK 默认使用的垃圾收集器是 G1。</p>
<h4><strong>7.2 常见的垃圾收集器有哪些？</strong></h4>
<p>常见的垃圾收集器包括：</p>
<ul>
<li>串行垃圾收集器：<code>-XX:+UseSerialGC</code></li>
<li>并行垃圾收集器：<code>-XX:+UseParallelGC</code></li>
<li>CMS 垃圾收集器：<code>-XX:+UseConcMarkSweepGC</code></li>
<li>G1 垃圾收集器：<code>-XX:+UseG1GC</code></li>
</ul>
<h4><strong>7.3 什么是串行垃圾收集？</strong></h4>
<p>就是只有单个 worker 线程来执行 GC 工作。</p>
<h4><strong>7.4 什么是并行垃圾收集？</strong></h4>
<p>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。</p>
<p>除了单线程的 GC，其他的垃圾收集器，比如 PS、CMS、G1 等新的垃圾收集器都使用了多个线程来并行执行 GC 工作。</p>
<h4><strong>7.5 什么是并发垃圾收集器？</strong></h4>
<p>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。</p>
<h4><strong>7.6 什么是增量式垃圾收集？</strong></h4>
<p>首先，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）。</p>
<p>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。</p>
<p>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）。</p>
<p>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。</p>
<h4><strong>7.7 什么是年轻代？</strong></h4>
<p>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：</p>
<ul>
<li>新生代，Eden 区。</li>
<li>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。</li>
</ul>
<h4><strong>7.8 什么是 GC 停顿（GC pause）？</strong></h4>
<p>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。</p>
<h4><strong>7.9 GC 停顿与 STW 停顿有什么区别？</strong></h4>
<p>这两者一般可以认为就是同一个意思。</p>
<h3>8. 如果 CPU 使用率突然飙升，你会怎么排查？</h3>
<p>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：</p>
<ul>
<li>收集不同的指标（CPU、内存、磁盘 IO、网络等等）</li>
<li>分析应用日志</li>
<li>分析 GC 日志</li>
<li>获取线程转储并分析</li>
<li>获取堆转储来进行分析</li>
</ul>
<h4><strong>8.1 如果系统响应变慢，你会怎么排查？</strong></h4>
<p>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。</p>
<h4><strong>8.2 系统性能一般怎么衡量？</strong></h4>
<p>可量化的 3 个性能指标：</p>
<ul>
<li>系统容量：比如硬件配置，设计容量；</li>
<li>吞吐量：最直观的指标是 TPS；</li>
<li>响应时间：也就是系统延迟，包括服务端延时和网络延迟。</li>
</ul>
<p>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。</p>
<h3>9. 使用过哪些 JVM 相关的工具？</h3>
<p>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。</p>
<h4><strong>9.1 查看 JVM 进程号的命令是什么？</strong></h4>
<p>可以使用 <code>ps -ef</code> 和 <code>jps -v</code> 等等。</p>
<h4><strong>9.2 怎么查看剩余内存？</strong></h4>
<p>比如：<code>free -m</code>、<code>free -h</code>、<code>top</code> 命令等等。</p>
<h4><strong>9.3 查看线程栈的工具是什么？</strong></h4>
<p>一般先使用 jps 命令，再使用 <code>jstack -l</code>。</p>
<h4><strong>9.4 用什么工具来获取堆内存转储？</strong></h4>
<p>一般使用 jmap 工具来获取堆内存快照。</p>
<h4><strong>9.5 内存 Dump 时有哪些注意事项？</strong></h4>
<p>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。</p>
<p>使用 jmap 时，如果指定 live 参数，则会触发一次 Full GC，需要注意。</p>
<h4><strong>9.6 使用 JMAP 转储堆内存大致的参数怎么处理？</strong></h4>
<p>示例：</p>
<pre><code>jmap -dump:format=b,file=3826.hprof 3826
</code></pre>
<h4><strong>9.7 为什么转储文件以 .hprof 结尾？</strong></h4>
<p>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。</p>
<h4><strong>9.8 内存 Dump 完成之后，用什么工具来分析？</strong></h4>
<p>一般使用 Eclipse MAT 工具，或者 jhat 工具来处理。</p>
<h4><strong>9.9 如果忘记了使用什么参数你一般怎么处理？</strong></h4>
<p>上网搜索是比较笨的办法，但也是一种办法。</p>
<p>另外就是，各种 JDK 工具都支持 <code>-h</code> 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。</p>
<h3>10. 开发性问题：你碰到过哪些 JVM 问题？</h3>
<p>比如 GC 问题、内存泄漏问题、或者其他疑难杂症等等。然后可能还有一些后续的问题。例如：</p>
<ul>
<li>你遇到过的印象最深的 JVM 问题是什么？</li>
<li>这个问题是怎么分析和解决的？</li>
<li>这个过程中有哪些值得分享的经验?</li>
</ul>
<p>此问题为开放性问题，请根据自身情况进行回答，可以把自己思考的答案发到本专栏的微信群里，我们会逐个进行分析点评。</p>
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