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learn.lianglianglee.com/专栏/深入浅出 Java 虚拟机-完/26 福利：常见 JVM 面试题补充.md.html
周伟 d9c5ffd627 u
2022-05-11 19:04:14 +08:00

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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>26 福利：常见 JVM 面试题补充</h1>
<p>最后一课时我们来分析常见的 JVM 面试题。</p>
<p>市面上关于 JVM 的面试题实在太多了，本课程中的第 02 ~ 06 课时是理论面试题的重灾区，并且是比较深入的题目，而本课时则选取了一些基础且常见的题目。</p>
<p>有些面试题是开放性的，而有些面试题是知识性的，要注意区别。面试题并没有标准答案，尤其是开放性题目，你需要整理成白话文，来尽量的展示自己。如果你在回答的过程中描述了一些自己不是很熟悉的内容，可能会受到追问。所以，根据问题，建议整理一份适合自己的答案，这比拿来主义更让人印象深刻。</p>
<h2>勘误</h2>
<p>我们来回忆一下课程中曾讲解过的容易出错或模糊的知识点。</p>
<p>不知你是否还记得？我们在每一课时的讲解中，都有聚焦的点，不同的问法可能会有不同的回答，要注意。</p>
<h3>对象在哪里分配？</h3>
<p>在第 02 课时中，谈到了数组和对象是堆上分配，当学完第 22 课时的逃逸分析后，我们了解到并不完全是这样的。由于 JIT 的存在，如果发现某些对象没有逃逸出方法，那么就有可能被优化成了栈上分配。</p>
<h3>CMS 是老年代垃圾回收器？</h3>
<p>初步印象是，但实际上不是。根据 CMS 的各个收集过程，它其实是一个涉及年轻代和老年代的综合性垃圾回收器。在很多文章和书籍的划分中，都将 CMS 划分为了老年代垃圾回收器，加上它主要作用于老年代，所以一般误认为是。</p>
<h3>常量池问题</h3>
<p>常量池的表述有些模糊，在此细化一下，注意我们指的是 Java 7 版本之后。</p>
<p>JVM 中有多个常量池：</p>
<ul>
<li><strong>字符串常量池</strong>，存放在堆上，也就是执行 intern 方法后存的地方，class 文件的静态常量池，如果是字符串，则也会被装到字符串常量池中。</li>
<li><strong>运行时常量池</strong>，存放在方法区，属于元空间，是类加载后的一些存储区域，大多数是类中 constant_pool 的内容。</li>
<li><strong>类文件常量池</strong>，也就是 constant_pool，这个是概念性的，并没有什么实际存储区域。</li>
</ul>
<p>在平常的交流过程中，聊的最多的是字符串常量池，<a href="https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se14/html/jvms-2.html#jvms-2.5.5">具体可参考官网</a>。</p>
<h3>ZGC 支持的堆上限？</h3>
<p>Java 13 增加到 16TB，Java 11 还是 4 TB，技术在发展，请保持关注。</p>
<h3>年轻代提升阈值动态计算的描述</h3>
<p>在第 06 课时中对于年轻代“动态对象年龄判定”的表述是错误的。</p>
<p>参考代码 share/gc/shared/ageTable.cpp 中的 compute_tenuring_threshold 函数，重新表述为：程序从年龄最小的对象开始累加，如果累加的对象大小，大于幸存区的一半，则将当前的对象 age 作为新的阈值，年龄大于此阈值的对象则直接进入老年代。</p>
<p>这里说的<strong>一半</strong>，是通过 TargetSurvivorRatio 参数进行设置的。</p>
<h3>永久代</h3>
<p>虽然课程一直在强调，是基于 Java 8+ 版本进行讲解的，但还是有读者提到了永久代。这部分知识容易发生混淆，面试频率也很高，建议集中消化一下。</p>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4GAXM3XAACpvfOEmdk260.png" alt="img" /></p>
<p>上面是第 02 课时中的一张图，注意左半部分是 Java 8 版本之前的内存区域，右半部分是 Java 8 的内存区域，主要区别就在 Perm 区和 Metaspace 区。</p>
<p>Perm 区属于堆，独立控制大小，在 Java 8 中被移除了（JEP122），原来的方法区就在这里；Metaspace 是非堆，默认空间无上限，方法区移动到了这里。</p>
<h2>常见面试题</h2>
<h3>JVM 有哪些内存区域？（JVM 的内存布局是什么？）</h3>
<p>JVM 包含堆、元空间、Java 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等内存区域，其中，堆是占用内存最大的一块，如下图所示。</p>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4KAbe-xAACSSN1rS98669.jpg" alt="img" /></p>
<h3>Java 的内存模型是什么？（JMM 是什么？）</h3>
<p>JVM 试图定义一种统一的内存模型，能将各种底层硬件以及操作系统的内存访问差异进行封装，使 Java 程序在不同硬件以及操作系统上都能达到相同的并发效果。它分为工作内存和主内存，线程无法对主存储器<strong>直接</strong>进行操作，如果一个线程要和另外一个线程通信，那么只能通过主存进行交换，如下图所示。</p>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4KAYGALAAF3j6kY7OI652.png" alt="img" /></p>
<h3>JVM 垃圾回收时如何确定垃圾？什么是 GC Roots？</h3>
<p>JVM 采用的是<strong>可达性分析算法</strong>。JVM 是通过 GC Roots 来判定对象存活的，从 GC Roots 向下追溯、搜索，会产生一个叫做 Reference Chain 的链条。当一个对象不能和任何一个 GC Root 产生关系时，就判定为垃圾，如下图所示。</p>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4KAUCqzAAEDpeV55bE922.png" alt="img" /></p>
<p>GC Roots 大体包括：</p>
<ul>
<li>活动线程相关的各种引用，比如虚拟机栈中 栈帧里的引用；</li>
<li>类的静态变量引用；</li>
<li>JNI 引用等。</li>
</ul>
<p>注意：要想回答的更详细一些，请参照第 05 课时中的内容。</p>
<h3>能够找到 Reference Chain 的对象，就一定会存活么？</h3>
<p>不一定，还要看 Reference 类型，弱引用在 GC 时会被回收，软引用在内存不足的时候会被回收，但如果没有 Reference Chain 对象时，就一定会被回收。</p>
<h3>强引用、软引用、弱引用、虚引用是什么？</h3>
<p>普通的对象引用关系就是强引用。</p>
<p>软引用用于维护一些可有可无的对象。只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。</p>
<p>弱引用对象相比软引用来说，要更加无用一些，它拥有更短的生命周期，当 JVM 进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。</p>
<p>虚引用是一种形同虚设的引用，在现实场景中用的不是很多，它主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。</p>
<h3>你说你做过 JVM 参数调优和参数配置，请问如何查看 JVM 系统默认值</h3>
<p>使用 -XX:+PrintFlagsFinal 参数可以看到参数的默认值，这个默认值还和垃圾回收器有关，比如 UseAdaptiveSizePolicy。</p>
<h3>你平时工作中用过的 JVM 常用基本配置参数有哪些？</h3>
<p>主要有 Xmx、Xms、Xmn、MetaspaceSize 等。</p>
<p>更加详细的可参照第 23 课时的参数总结，你只需要记忆 10 个左右即可，建议记忆 G1 相关的参数。面试时间有限，不会在这上面纠结，除非你表现的太嚣张了。</p>
<h3>请你谈谈对 OOM 的认识</h3>
<p>OOM 是非常严重的问题，除了程序计数器，其他内存区域都有溢出的风险。和我们平常工作最密切的，就是堆溢出，另外，元空间在<strong>加载的类</strong>非常多的情况下也会溢出，还有就是栈溢出，这个通常影响比较小。堆外也有溢出的可能，这个就比较难排查了。</p>
<h3>你都有哪些手段用来排查内存溢出？</h3>
<p>这个话题很大，可以从实践环节中随便摘一个进行总结，下面举一个最普通的例子。</p>
<p>内存溢出包含很多种情况，我在平常工作中遇到最多的就是堆溢出。有一次线上遇到故障，重新启动后，使用 jstat 命令，发现 Old 区一直在增长。我使用 jmap 命令，导出了一份线上堆栈，然后使用 MAT 进行分析，通过对 GC Roots 的分析，发现了一个非常大的 HashMap 对象，这个原本是其他同事做缓存用的，但是一个无界缓存，造成了堆内存占用一直上升，后来，将这个缓存改成 guava 的 Cache，并设置了弱引用，故障就消失了。</p>
<h3>GC 垃圾回收算法与垃圾收集器的关系？</h3>
<p>常用的垃圾回收算法有标记清除、标记整理、复制算法等，引用计数器也算是一种，但垃圾回收器不使用这种算法，因为有循环依赖的问题。</p>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4KAbsMwAACVJa0xdMc029.jpg" alt="img" /></p>
<p>很多垃圾回收器都是分代回收的：</p>
<ul>
<li>对于年轻代，主要有 Serial、ParNew 等垃圾回收器，回收过程主要使用复制算法；</li>
<li>老年代的回收算法有 Serial、CMS 等，主要使用标记清除、标记整理算法等。</li>
</ul>
<p>我们线上使用较多的是 G1，也有年轻代和老年代的概念，不过它是一个整堆回收器，它的回收对象是小堆区 。</p>
<h3>生产上如何配置垃圾收集器？</h3>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4OAcpCUAAAYCOBxrH8618.png" alt="img" /></p>
<p>首先是内存大小问题，基本上每一个内存区域我都会设置一个上限，来避免溢出问题，比如元空间。通常，堆空间我会设置成操作系统的 2/3，超过 8GB 的堆，优先选用 G1。</p>
<p>然后我会对 JVM 进行初步优化，比如根据老年代的对象提升速度，来调整年轻代和老年代之间的比例。</p>
<p>接下来是专项优化，判断的主要依据是系统容量、访问延迟、吞吐量等，我们的服务是高并发的，所以对 STW 的时间非常敏感。</p>
<p>我会通过记录详细的 GC 日志，来找到这个瓶颈点，借用 GCeasy 这样的日志分析工具，很容易定位到问题。</p>
<h3>怎么查看服务器默认的垃圾回收器是哪一个？</h3>
<p>这通常会使用另外一个参数，即 -XX:+PrintCommandLineFlags，来打印所有的参数，包括使用的垃圾回收器。</p>
<h3>假如生产环境 CPU 占用过高，请谈谈你的分析思路和定位。</h3>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4OAT38jAAAl0jcj3H0640.jpg" alt="img" /></p>
<p>首先，使用 top -H 命令获取占用 CPU 最高的线程，并将它转化为十六进制。</p>
<p>然后，使用 jstack 命令获取应用的栈信息，搜索这个十六进制，这样就能够方便地找到引起 CPU 占用过高的具体原因。</p>
<h3>对于 JDK 自带的监控和性能分析工具用过哪些？</h3>
<ul>
<li>jps：用来显示 Java 进程；</li>
<li>jstat：用来查看 GC；</li>
<li>jmap：用来 dump 堆；</li>
<li>jstack：用来 dump 栈；</li>
<li>jhsdb：用来查看执行中的内存信息。</li>
</ul>
<h3>栈帧都有哪些数据？</h3>
<p>栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。
<img src="assets/Cgq2xl6HO4OAInSTAACWN8lgBuA383.jpg" alt="img" /></p>
<h3>JIT 是什么？</h3>
<p>为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化，完成这个任务的编译器，就称为即时编译器（Just In Time Compiler），简称 JIT 编译器。</p>
<h3>Java 的双亲委托机制是什么？</h3>
<p>双亲委托的意思是，除了顶层的启动类加载器以外，其余的类加载器，在加载之前，都会委派给它的父加载器进行加载，这样一层层向上传递，直到祖先们都无法胜任，它才会真正的加载，Java 默认是这种行为。</p>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4OAX9fAAADieibiUuA348.png" alt="img" /></p>
<h3>有哪些打破了双亲委托机制的案例？</h3>
<ul>
<li>Tomcat 可以加载自己目录下的 class 文件，并不会传递给父类的加载器；</li>
<li>Java 的 SPI，发起者是 BootstrapClassLoader，BootstrapClassLoader 已经是最上层了，它直接获取了 AppClassLoader 进行驱动加载，和双亲委派是相反的。</li>
</ul>
<h3>简单描述一下（分代）垃圾回收的过程</h3>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4OAFZj9AAA7U919leM725.jpg" alt="img" /></p>
<p>分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。</p>
<p>新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1。</p>
<p>当年轻代中的 Eden 区分配满的时候，就会触发年轻代的 GC（Minor GC），具体过程如下：</p>
<ul>
<li>在 Eden 区执行了第一次 GC 之后，存活的对象会被移动到其中一个 Survivor 分区（以下简称 from）；</li>
<li>Eden 区再次 GC，这时会采用复制算法，将 Eden 和 from 区一起清理，存活的对象会被复制到 to 区，接下来，只要清空 from 区就可以了。</li>
</ul>
<h3>CMS 分为哪几个阶段?</h3>
<ul>
<li>初始标记</li>
<li>并发标记</li>
<li>并发预清理</li>
<li>并发可取消的预清理</li>
<li>重新标记</li>
<li>并发清理</li>
</ul>
<p>由于《深入理解 Java 虚拟机》一书的流行，面试时省略<strong>并发清理</strong>、<strong>并发可取消的预清理</strong>这两个阶段**，**一般也是没问题的。</p>
<h3>CMS 都有哪些问题？</h3>
<ul>
<li>内存碎片问题，Full GC 的整理阶段，会造成较长时间的停顿；</li>
<li>需要预留空间，用来分配收集阶段产生的“浮动垃圾”；</li>
<li>使用更多的 CPU 资源，在应用运行的同时进行堆扫描；</li>
<li>停顿时间是不可预期的。</li>
</ul>
<h3>你使用过 G1 垃圾回收器的哪几个重要参数？</h3>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4OAYpeDAABCQlC0IWQ535.jpg" alt="img" /></p>
<p>最重要的是 MaxGCPauseMillis，可以通过它设定 G1 的目标停顿时间，它会尽量去达成这个目标。G1HeapRegionSize 可以设置小堆区的大小，一般是 2 的次幂。InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发 GC 时的堆内存占用百分比，G1 用它来触发并发 GC 周期，基于整个堆的使用率，而不只是某一代内存的使用比例，默认是 45%。</p>
<h3>GC 日志的 real、user、sys 是什么意思？</h3>
<ul>
<li>real 指的是从开始到结束所花费的时间，比如进程在等待 I/O 完成，这个阻塞时间也会被计算在内。</li>
<li>user 指的是进程在用户态（User Mode）所花费的时间，只统计本进程所使用的时间，是指多核。</li>
<li>sys 指的是进程在核心态（Kernel Mode）所花费的 CPU 时间量，即内核中的系统调用所花费的时间，只统计本进程所使用的时间。</li>
</ul>
<h3>什么情况会造成元空间溢出？</h3>
<p>元空间默认是没有上限的，不加限制比较危险。当应用中的 Java 类过多时，比如 Spring 等一些使用动态代理的框架生成了很多类，如果占用空间超出了我们的设定值，就会发生元空间溢出。</p>
<h3>什么时候会造成堆外内存溢出？</h3>
<p>使用了 Unsafe 类申请内存，或者使用了 JNI 对内存进行操作，这部分内存是不受 JVM 控制的，不加限制使用的话，会很容易发生内存溢出。</p>
<h3>SWAP 会影响性能么？</h3>
<p>当操作系统内存不足时，会将部分数据写入到 SWAP ，但是 SWAP 的性能是比较低的。如果应用的访问量较大，需要频繁申请和销毁内存，那么很容易发生卡顿。一般在高并发场景下，会禁用 SWAP。</p>
<h3>有什么堆外内存的排查思路？</h3>
<p>进程占用的内存，可以使用 top 命令，看 RES 段占用的值，如果这个值大大超出我们设定的最大堆内存，则证明堆外内存占用了很大的区域。
使用 gdb 命令可以将物理内存 dump 下来，通常能看到里面的内容。更加复杂的分析可以使用 Perf 工具，或者谷歌开源的 GPerftools。那些申请内存最多的 native 函数，就很容易找到。</p>
<h3>HashMap 中的 key，可以是普通对象么？有什么需要注意的地方？</h3>
<p>Map 的 key 和 value 可以是任何类型，但要注意的是，一定要重写它的 equals 和 hashCode 方法，否则容易发生内存泄漏。</p>
<h3>怎么看死锁的线程？</h3>
<p>通过 jstack 命令，可以获得线程的栈信息，死锁信息会在非常明显的位置（一般是最后）进行提示。</p>
<h3>如何写一段简单的死锁代码？</h3>
<p>详情请见第 15 课时的 DeadLockDemo，笔试的话频率也很高。</p>
<h3>invokedynamic 指令是干什么的？</h3>
<p>invokedynamic 是 Java 7 版本之后新加入的字节码指令，使用它可以实现一些动态类型语言的功能。我们使用的 Lambda 表达式，在字节码上就是 invokedynamic 指令实现的，它的功能有点类似反射，但它是使用方法句柄实现的，执行效率更高。</p>
<h3>volatile 关键字的原理是什么？有什么作用？</h3>
<p>使用了 volatile 关键字的变量，每当变量的值有变动的时候，都会将更改立即同步到主内存中；而如果某个线程想要使用这个变量，就先要从主存中刷新到工作内存，这样就确保了变量的可见性。</p>
<p>一般使用一个 volatile 修饰的 bool 变量，来控制线程的运行状态。</p>
<pre><code>volatile boolean stop = false;
void stop(){
this.stop = true;
}
void start(){
new Thread(()-&gt;{
while (!stop){
//sth
}
}).start();
}
</code></pre>
<h3>什么是方法内联？</h3>
<p>为了减少方法调用的开销，可以把一些短小的方法，比如 getter/setter，纳入到目标方法的调用范围之内，这样就少了一次方法调用，速度就能得到提升，这就是方法内联的概念。</p>
<h3>对象是怎么从年轻代进入老年代的？</h3>
<p>在下面 4 种情况下，对象会从年轻代进入到老年代。</p>
<ul>
<li>如果对象够老，则会通过提升（Promotion）的方式进入老年代，一般根据对象的年龄进行判断。</li>
<li>动态对象年龄判定，有的垃圾回收算法，比如 G1，并不要求 age 必须达到 15 才能晋升到老年代，它会使用一些动态的计算方法。</li>
<li>分配担保，当 Survivor 空间不够的时候，则需要依赖其他内存（指老年代）进行分配担保，这个时候，对象也会直接在老年代上分配。</li>
<li>超出某个大小的对象将直接在老年代上分配，不过这个值默认为 0，意思是全部首选 Eden 区进行分配。</li>
</ul>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4OAO_N8AABmfN7QgL0284.jpg" alt="img" /></p>
<h3>safepoint 是什么？</h3>
<p>当发生 GC 时，用户线程必须全部停下来，才可以进行垃圾回收，这个状态我们可以认为 JVM 是安全的（safe），整个堆的状态是稳定的。</p>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4SAVqTuAABceJSJQk8710.jpg" alt="img" /></p>
<p>如果在 GC 前，有线程迟迟进入不了 safepoint，那么整个 JVM 都在等待这个阻塞的线程，造成了整体 GC 的时间变长。</p>
<h3>MinorGC、MajorGC、FullGC 都什么时候发生？</h3>
<p>MinorGC 在年轻代空间不足的时候发生，MajorGC 指的是老年代的 GC，出现 MajorGC 一般经常伴有 MinorGC。</p>
<p>FullGC 有三种情况：第一，当老年代无法再分配内存的时候；第二，元空间不足的时候；第三，显示调用 System.gc 的时候。另外，像 CMS 一类的垃圾回收器，在 MinorGC 出现 promotion failure 的时候也会发生 FullGC。</p>
<h3>类加载有几个过程？</h3>
<p>加载、验证、准备、解析、初始化。</p>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4SAYQTJAACt3FpxOSM490.png" alt="img" /></p>
<h3>什么情况下会发生栈溢出？</h3>
<p>栈的大小可以通过 -Xss 参数进行设置，当递归层次太深的时候，则会发生栈溢出。</p>
<h3>生产环境服务器变慢，请谈谈诊断思路和性能评估？</h3>
<p>希望第 11 课时和第 16 课时中的一些思路，能够祝你一臂之力。下图是第 11 课时的一张影响因素的全景图。</p>
<p><img src="assets/Ciqah16HO4SADz5OAACHagS1bpQ945.jpg" alt="img" /></p>
<p>从各个层次分析代码优化的手段，如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Cgq2xl6HO4SAFAAeAADxCaBZvss793.png" alt="img" /></p>
<p>如果你应聘的是比较高级的职位，那么可以说一下第 23 课时中的最后总结部分。</p>
<h2>小结</h2>
<p>本课时我们首先修正了一些表述错误的知识点；然后分析了一些常见的面试题，这些面试题的覆盖率是非常有限的，因为很多细节都没有触及到，更多的面试题还需要你自行提取、整理，由于篇幅有限，这里不再重复。</p>
<p>到现在为止，我们的课程内容就结束了。本课程的特色主要体现在实践方面，全部都是工作中的总结和思考；辅之以理论，给你一个在工作中，JVM 相关知识点的全貌。当然，有些课时的难度是比较高的，需要你真正的实际操作一下。</p>
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