高頻率JVM面試問題整理(大廠面試經(jīng))
我要評論JVM（Java虛擬機(jī)）簡單來說就是運(yùn)行Java代碼的解釋器，作為螺絲釘程序員JVM其實(shí)了解下就差不多啦，不懂JVM內(nèi)部細(xì)節(jié)照樣能寫出優(yōu)質(zhì)的代碼！但是一到造火箭、飛機(jī)的場景（面試）不懂JVM的你，會被面試官虐的體無完膚，本期內(nèi)容列舉常見的JVM面試題：
- 說一JVM的內(nèi)存模型是什么樣子的？
- 什么時候?qū)ο罂梢员皇栈兀?/li>
- 常見的垃圾回收器算法有哪些，各有什么優(yōu)劣？
- 什么時候?qū)ο髸M(jìn)入老年代？
- 什么是空間分配擔(dān)保策略？
- 如何優(yōu)化減少Full GC？
面對這一大波JVM面試題，你真的Hold住嗎？
JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是什么樣子的？
JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)可以大致可劃分為線程私有區(qū)域和共享區(qū)域，線程私有區(qū)域由虛擬機(jī)棧、本地方法棧、程序計數(shù)器組成，而共享區(qū)域由堆、元數(shù)據(jù)空間（方法區(qū)）組成。
再有人問你JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)就回想下上面的圖，但是知道JVM的內(nèi)存模型的樣子還是不行的，還要知道他們分別干什么的。
虛擬機(jī)棧/本地方法棧
當(dāng)你碰到過StackOverflowException這個異常的時候，有沒有思考下為什么會出現(xiàn)這樣的異常呢？答案就在虛擬機(jī)棧中，JVM會為每個方法生成棧幀然后將棧幀壓入虛擬機(jī)棧中。
舉個粟子：假設(shè)JVM參數(shù)-Xss設(shè)置為1m，如果某個方法里面創(chuàng)建一個128kb的數(shù)組，那這個方法在同一個線程中只能遞歸4次，再遞歸第五次的時候就會報StackOverflowException異常，因為虛擬機(jī)棧的大小只有1m，每次遞歸都需要為方法在虛擬機(jī)棧中分配128kb的空間，很顯示到第五次的時候就空間不足了。
程序計數(shù)器
程序計數(shù)器是一個記錄著當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。JVM的多線程是通過CPU時間片輪轉(zhuǎn)（即線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間）算法來實(shí)現(xiàn)的。也就是說，某個線程在執(zhí)行過程中可能會因為時間片耗盡而被掛起，而另一個線程獲取到時間片開始執(zhí)行。
簡單的說程序計數(shù)器的主要功能就是記錄著當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。
方法區(qū)（元數(shù)據(jù)區(qū)）
方法區(qū)存儲了類的元數(shù)據(jù)信息、靜態(tài)變量、常量等數(shù)據(jù)。
堆（heap)
平常大家使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對象都會進(jìn)入堆中，堆也是GC重點(diǎn)照顧的區(qū)域，堆會被劃分為：新生代、老年代，而新生代還會被進(jìn)一步劃分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)：
新生代中的Eden區(qū)和Survivor區(qū)，是根據(jù)JVM回收算法來的，只是現(xiàn)在大部分都是使用的分代回收算法，所以在介紹堆的時候會直接將新生代歸納為Eden區(qū)和Survivor區(qū)。
小結(jié)
JVM內(nèi)存模型小結(jié)：
- JVM內(nèi)存模型劃分為線程私有區(qū)域和共享區(qū)域
- 虛擬機(jī)棧/本地方法棧負(fù)責(zé)存放線程執(zhí)行方法棧幀
- 程序計數(shù)器用于記錄線程執(zhí)行指令的位置
- 方法區(qū)（元數(shù)據(jù)區(qū)）存儲類的元數(shù)據(jù)信息、靜態(tài)變量、常量等數(shù)據(jù)
- 堆（heap)使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對象都會進(jìn)入堆中，堆被劃分為新生代和老年代
什么時候?qū)ο罂梢员皇栈兀?/strong>
JVM判斷對象回收有兩種方式：引用記數(shù)、GC Roots，引用記數(shù)比較簡單，JVM為每個對象維護(hù)一個引用計數(shù)，假設(shè)A對象引用計數(shù)為零說明沒有任務(wù)對象引用A對象，那A對象就可以被回收了，但是引用計數(shù)有個缺點(diǎn)就是無法解決循環(huán)引用的問題。
GC Roots通過一系列的名為GC Roots的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則證明對象是不可用的。
在Java中，可以作為GC Roots的對象包括下面幾種：
- 虛擬機(jī)棧中引用的對象；
- 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象；
- 方法區(qū)中的常量引用的對象；
- 本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）的引用的對象；
小結(jié)
總的來說就是當(dāng)一個對象通過GC Roots搜索不到時，說明對象可以被回收了，但什么時候回收還要看GC的心情！
常見的垃圾回收器算法有哪些，各有什么優(yōu)劣？
標(biāo)記清除
這種算法分兩分：標(biāo)記、清除兩個階段，
標(biāo)記階段是從根集合（GC Root)開始掃描，每到達(dá)一個對象就會標(biāo)記該對象為存活狀態(tài)，清除階段在掃描完成之后將沒有標(biāo)記的對象給清除掉。
用一張圖說明：
這個算法有個缺陷就是會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，如上圖B被清除掉后會留下一塊內(nèi)存區(qū)域，如果后面需要分配大的對象就會導(dǎo)致沒有連續(xù)的內(nèi)存可供使用。
標(biāo)記整理
標(biāo)記整理就沒有內(nèi)存碎片的問題了，也是從根集合（GC Root)開始掃描進(jìn)行標(biāo)記然后清除無用的對象，清除完成后它會整理內(nèi)存。
這樣內(nèi)存就是連續(xù)的了，但是產(chǎn)生的另外一個問題是：每次都得移動對象，因此成本很高。
復(fù)制算法
復(fù)制算法會將JVM推分成二等分，如果堆設(shè)置的是1g，那使用復(fù)制算法的時候堆就會有被劃分為兩塊區(qū)域各512m。給對象分配內(nèi)存的時候總是使用其中的一塊來分配，分配滿了以后，GC就會進(jìn)行標(biāo)記，然后將存活的對象移動到另外一塊空白的區(qū)域，然后清除掉所有沒有存活的對象，這樣重復(fù)的處理，始終就會有一塊空白的區(qū)域沒有被合理的利用到。
兩塊區(qū)域交替使用，最大問題就是會導(dǎo)致空間的浪費(fèi)，現(xiàn)在堆內(nèi)存的使用率只有50%。
小結(jié)
JVM回收算法小結(jié)：
- 標(biāo)記清除速度快，但是會產(chǎn)生內(nèi)存碎片；
- 標(biāo)記整理解決了標(biāo)記清除內(nèi)存碎片的問題，但是每次都得移動對象，因此成本很高；
- 復(fù)制算法沒有內(nèi)存碎片也不需要移動對象，但是導(dǎo)致空間的浪費(fèi)；
什么時候?qū)ο髸M(jìn)入老年代？
新創(chuàng)建出來的對象一開始都會停留在新生代中，但隨著JVM的運(yùn)行，有些存活的長的對象會慢慢的移動到老年代中。
根據(jù)對象年齡
JVM會給對象增加一個年齡（age）的計數(shù)器，對象每“熬過”一次GC，年齡就要+1，待對象到達(dá)設(shè)置的閾值（默認(rèn)為15歲）就會被移移動到老年代，可通過-XX:MaxTenuringThreshold調(diào)整這個閾值。
一次Minor GC后，對象年齡就會+1，達(dá)到閾值的對象就移動到老年代，其他存活下來的對象會繼續(xù)保留在新生代中。
動態(tài)年齡判斷
根據(jù)對象年齡有另外一個策略也會讓對象進(jìn)入老年代，不用等待15次GC之后進(jìn)入老年代，他的大致規(guī)則就是，假如當(dāng)前放對象的Survivor，一批對象的總大小大于這塊Survivor內(nèi)存的50%，那么大于這批對象年齡的對象，就可以直接進(jìn)入老年代了。
如圖上的A、B、D、E這四個對象，假如Survivor 2是100m，如果A + B + D的內(nèi)存大小超過50m，現(xiàn)在D的年齡是10，那E都會被移動到老年代。實(shí)際上這個計算邏輯是這樣的：年齡1 + 年齡2 + 年齡n的多個對象總和超過Survivor區(qū)的50%，那就會把年齡n以上的對象都放入老年代。
大對象直接進(jìn)入老年代
如果設(shè)置了-XX:PretenureSizeThreshold這個參數(shù)，那么如果你要創(chuàng)建的對象大于這個參數(shù)的值，比如分配一個超大的字節(jié)數(shù)組，此時就直接把這個大對象放入到老年代，不會經(jīng)過新生代。
這么做就可以避免大對象在新生代，屢次躲過GC，還得把他們來復(fù)制來復(fù)制去的，最后才進(jìn)入老年代，這么大的對象來回復(fù)制，是很耗費(fèi)時間的。
什么是空間分配擔(dān)保策略？
JVM在發(fā)生Minor GC之前，虛擬機(jī)會檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對象的總空間，如果大于，則此次Minor GC是安全的如果小于，則虛擬機(jī)會查看HandlePromotionFailure設(shè)置項的值是否允許擔(dān)保失敗。如果HandlePromotionFailure=true，那么會繼續(xù)檢查老年代最大可用連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代的對象的平均大小，如果大于則嘗試進(jìn)行一次Minor GC，但這次Minor GC依然是有風(fēng)險的；如果小于或者HandlePromotionFailure=false，則改為進(jìn)行一次Full GC。
如何優(yōu)化減少Full GC？
將前面的一些問題總結(jié)下來，然后應(yīng)用到線上，那JVM應(yīng)該如何優(yōu)化減少Full GC呢？以標(biāo)準(zhǔn)的4核8G機(jī)器為例說明，首先系統(tǒng)預(yù)留4G，其他4G按如下規(guī)則分配 ：
- 堆內(nèi)存：3g
- 新生代：1.5g
- 新生代Eden區(qū)：1228m
- 新生代Survivor區(qū)：153m
- 方法區(qū)：256m
- 虛擬機(jī)棧：1m/thread
設(shè)置參數(shù)如下：
-Xms3072m -Xmx3072m -Xmn1536m -Xss=1m -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m -XX:HandlePromotionFailure -XX:SurvivorRatio=8
估算系統(tǒng)每秒占用內(nèi)存數(shù)量
在優(yōu)化JVM之前，要先估算要系統(tǒng)每秒占用的內(nèi)存數(shù)量，如有個日活百萬的商場系統(tǒng)，每日下單量在20w左右，按照一天8個小時算，那訂單服務(wù)的每秒大概會有500個請求，然后粗略的估算下每個請求占用多少內(nèi)存，計算出每秒要花費(fèi)多少內(nèi)存。
假設(shè)是每秒500個請求，每個請求需要分配100k的空間，那1秒需要分配大約50m的內(nèi)存。
計算下多長時間觸發(fā)一次Minor GC
按照之前的估算1秒需要分配大約50m的內(nèi)存的話，Eden區(qū)的空間是1228m那平均每25秒就要執(zhí)行一次Minor GC。
檢查下Survivor區(qū)是否足夠
按照上面的模型，每25秒就要執(zhí)行一次Minor GC，GC執(zhí)行期間并不能回收掉所有的新生代中的對象，那每秒50m那每次GC執(zhí)行期間還會剩下大約100m無法回收的對象會進(jìn)入Survivor區(qū)，但是別忘記JVM有動態(tài)年齡判斷機(jī)制，這樣設(shè)置下來Survivor的空間明顯小了一點(diǎn)，所以將新生代設(shè)置2048m，才能避免觸發(fā)動態(tài)年齡判斷：
-Xms3072m -Xmx3072m -Xmn2048m ...
大對象直接進(jìn)入老年代
大對象一般是長期存活和使用的對象，一般來說設(shè)置1M的對象直接進(jìn)入老年代，這樣避免大對象一直處于新生代中來回復(fù)制，所以加上PretenureSizeThreshold=1m參數(shù)。
... -XX:PretenureSizeThreshold=1m ...
合理設(shè)置對象年齡閾值
Minor GC后默認(rèn)躲過15次垃圾回收后自動升入老年代，按照我們的評估25秒觸發(fā)一次Minor GC，如果按照MaxTenuringThreshold參數(shù)的默認(rèn)值，躲過15次GC后，應(yīng)該是6分鐘之后的事了，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)場景這里可以降低一點(diǎn)，讓那些本應(yīng)該進(jìn)入老年代的對象，盡快的進(jìn)入老年代，避免復(fù)制成本和浪費(fèi)新生代空間，從而導(dǎo)致新生代Survivor空間不足，引發(fā)Full GC。
... -XX:MaxTenuringThreshold=6 ...
到此這篇關(guān)于高頻率JVM面試問題整理(大廠面試經(jīng))的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM面試內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！
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