24道几乎必问的JVM面试题,我只会7道,你能答出几道?

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前言

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,所以在面试Java岗的时候JVM几乎是必问的,所以今天我总结了24道JVM相对来说有代表性的面试题,希望对你有所帮助。

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之前发过其他关于面试题的文章,然后有粉丝留言建议不要一开始就直接把答案贴出来,所以这篇文章我就先把题目放出来,答不出来的题可以翻一下放在后面的答案。

那话不多说,我们开始正题。


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JVM 底层面试题

  • 说一下JVM的主要组成部分?及其作用?
  • 说一下JVM运行时数据区?
  • 队列和栈是什么?有什么区别?
  • 什么是双亲委派模型?
  • 说一下类装载的执行过程?
  • 怎么判断对象是否可以被回收?
  • Java 中都有哪些引用类型?
  • 说一下JVM有哪些垃圾回收算法?
  • 说一下JVM有哪些垃圾回收器?
  • 详细介绍一下CMS垃圾回收器?
  • 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些?有什么区别?
  • 简述分代垃圾回收器是怎么工作的?
  • 说一下JVM调优的工具?
  • 常用的JVM调优的参数都有哪些?
  • 怎么获取Java程序使用的内存?堆使用的百分比?
  • Java 中堆和栈有什么区别?
  • 你能保证GC执行吗?

JVM 底层与GC(Garbage Collection)的面试题

  • 64位JVM中,int的长度是多数?
  • Serial 与 Parallel GC 之间的不同之处?
  • 32位和64位的JVM,int类型变量的长度是多数?
  • Java中WeakReference与SoftReference的区别?
  • WeakHashMap是怎么工作的?
  • JVM 选项-XX:+UseCompressedOops有什么作用? 为什么要使用?
  • 怎样通过Java程序来判断JVM是32位还是64位?
  • 32位JVM和64位JVM的最大堆内存分别是多数?
  • JRE、JDK、JVM及JIT之间有什么不同?

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JVM底层面试题答案

1、说一下JVM的主要组成部分?及其作用?

**class loader 类加载器:**加载类文件到内存。Class loader只管加载,只要符合文件结构就加载,至于能否运行,它不负责,那是有Exectution Engine负责的。

**exection engine :**执行引擎也叫解释器,负责解释命令,交由操作系统执行。

**native interface:**本地接口。本地接口的作用是融合不同的语言为java所用。

**Runtimedata area 运行数据区:**运行数据区是jvm的重点,我们所有所写的程序都被加载到这里,之后才开始运行。

**stack:**栈也叫栈内存,是java程序的运行区,是在线程创建时创建,它的生命周期跟随线程的生命周期,线程结束栈内存释放;对于栈来说不存在垃圾回收的问题,只要线程一结束,该栈就结束。栈中的数据以栈帧的格式存在,栈帧是一个内存区块,是一个数据集,是一个有关方法和运行期数据的集合,当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1,并被压入到栈中,A方法又调用了B方法,于是产生栈帧F2也被压入栈,执行完毕后,先弹出F2栈帧,再弹出F1栈帧,遵循“先进后出”原则。

**堆内存:**一个JVM实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类的加载器读取了类文件之后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,以方便执行器执行,堆内存分三部分:永久存储(用于存放jdk自身携带的class,interface的元数据,也就是说它存储的是运行环境必须的类信息,被装载至此区域的数据是不会被垃圾回收掉的,只有关闭jvm释放此区域所占用的内存)区、新生区、老年代

**method area方法区:**方法去是被所有线程共享,该区域保存的所有字段和字节方法码以及一些特殊方法如构造函数,接口代码也在此定义。

**PC Register 程序计数器:**每个线程都有一个程序计数器,就是一个指针,指向方法区中的方法字节码,由执行引擎读取下一条指令

2、说一下JVM运行时数据区?

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同,但都会遵从 Java 虚拟机规范, Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分:

程序计数器(Program Counter Register):当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值,来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能,都需要依赖这个计数器来完成;

Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks):用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息;

本地方法栈(Native Method Stack):与虚拟机栈的作用是一样的,只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的,而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的;

Java 堆(Java Heap):Java 虚拟机中内存最大的一块,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都在这里分配内存;

方法区(Methed Area):用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

3、队列和栈是什么?有什么区别?

  • 队列和栈都是被用来预存储数据的。
  • 队列允许先进先出检索元素,但也有例外的情况,Deque 接口允许从两端检索元素。
  • 栈和队列很相似,但它运行对元素进行后进先出进行检索。

4、什么是双亲委派模型?

在介绍双亲委派模型之前先说下类加载器。对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性,每一个类加载器,都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存,然后再转化为 class 对象。

类加载器分类:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),是虚拟机自身的一部分,用来加载Java_HOME/lib/目录中的,或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库;
  • 其他类加载器:
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库;
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)。负责加载用户类路径(classpath)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

双亲委派模型:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一层的类加载器都是如此,这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载无法完成加载请求(它的搜索范围中没找到所需的类)时,子加载器才会尝试去加载类。

5、说一下类装载的执行过程?

类装载分为以下 5 个步骤:

  • 加载:根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入;
  • 检查:检查加载的 class 文件的正确性;
  • 准备:给类中的静态变量分配内存空间;
  • 解析:虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示,而在直接引用直接指向内存中的地址;
  • 初始化:对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

6、怎么判断对象是否可以被回收?

一般有两种方法来判断:

  • 引用计数器:为每个对象创建一个引用计数,有对象引用时计数器 +1,引用被释放时计数 -1,当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题;
  • 可达性分析:从 GC Roots 开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时,则证明此对象是可以被回收的。

7、Java中都有哪些引用类型?

  • 强引用:发生 gc 的时候不会被回收。
  • 软引用:有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收。
  • 弱引用:有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收。
  • 虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

8、说一下JVM有哪些垃圾回收算法?

  • 标记-清除算法:标记无用对象,然后进行清除回收。缺点:效率不高,无法清除垃圾碎片。
  • 标记-整理算法:标记无用对象,让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清除掉端边界以外的内存。
  • 复制算法:按照容量划分二个大小相等的内存区域,当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上,然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点:内存使用率不高,只有原来的一半。
  • 分代算法:根据对象存活周期的不同将内存划分为几块,一般是新生代和老年代,新生代基本采用复制算法,老年代采用标记整理算法。

9、说一下JVM有哪些垃圾回收器?

  • Serial:最早的单线程串行垃圾回收器。
  • Serial Old:Serial 垃圾回收器的老年版本,同样也是单线程的,可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。
  • ParNew:是 Serial 的多线程版本。
  • Parallel 和 ParNew 收集器类似是多线程的,但 Parallel 是吞吐量优先的收集器,可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。
  • Parallel Old 是 Parallel 老生代版本,Parallel 使用的是复制的内存回收算法,Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。
  • CMS:一种以获得最短停顿时间为目标的收集器,非常适用 B/S 系统。
  • G1:一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现,是 JDK 9 以后的默认 GC 选项。

10、详细介绍一下CMS垃圾回收器?

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称,是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上,这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。 CMS 使用的是标记-清除的算法实现的,所以在 gc 的时候会产生大量的内存碎片,当剩余内存不能满足程序运行要求时,系统将会出现 Concurrent Mode Failure,临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除,此时的性能将会被降低。

11、新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些?有什么区别?

  • 新生代回收器:Serial、ParNew、Parallel Scavenge
  • 老年代回收器:Serial Old、Parallel Old、CMS
  • 整堆回收器:G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法,复制算法的优点是效率高,缺点是内存利用率低;老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

12、简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

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比总空间的 1/3,老生代的默认占比是 2/3。

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,它的执行流程如下:

  • 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区;
  • 清空 Eden 和 From Survivor 分区;
  • From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回,一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

13、说一下JVM调优的工具?

JDK 自带了很多监控工具,都位于 JDK 的 bin 目录下,其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

  • jconsole:用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控;
  • jvisualvm:JDK 自带的全能分析工具,可以分析:内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

14、常用的JVM调优的参数都有哪些?

XX比X的稳定性更差,并且版本更新不会进行通知和说明。

  • -Xms

s为strating,表示堆内存起始大小

  • -Xmx

x为max,表示最大的堆内存

(一般来说-Xms和-Xmx的设置为相同大小,因为当heap自动扩容时,会发生内存抖动,影响程序的稳定性)

  • -Xmn

n为new,表示新生代大小

(-Xss:规定了每个线程虚拟机栈(堆栈)的大小)

  • -XX:SurvivorRator=8

表示堆内存中新生代、老年代和永久代的比为8:1:1

  • -XX:PretenureSizeThreshold=3145728

表示当创建(new)的对象大于3M的时候直接进入老年代

  • -XX:MaxTenuringThreshold=15

表示当对象的存活的年龄(minor gc一次加1)大于多少时,进入老年代

  • -XX:-DisableExplicirGC

表示是否(+表示是,-表示否)打开GC日志

15、你能保证GC执行吗?

不能,虽然你可以调用 System.gc() 或者 Runtime.gc(),但是没有办法保证 GC 的执行。

16、怎么获取Java程序使用的内存?堆使用的百分比?

可以通过 java.lang.Runtime 类中与内存相关方法来获取剩余的内存,总内存及 最大堆内存。

通过这些方法你也可以获取到堆使用的百分比及堆内存的剩余空间。 Runtime.freeMemory() 方法返回剩余空间的字节数,Runtime.totalMemory() 方法总内存的字节数,Runtime.maxMemory() 返回最大内存的字节数。

17、Java中堆和栈有什么区别?

JVM 中堆和栈属于不同的内存区域,使用目的也不同。栈常用于保存方法帧和局 部变量,而对象总是在堆上分配。

栈通常都比堆小,也不会在多个线程之间共享, 而堆被整个 JVM 的所有线程共享。

JVM 底层 与 GC(Garbage Collection)的面试题答案

1、64 位JVM中,int的长度是多数?

Java 中,int 类型变量的长度是一个固定值,与平台无关,都是 32 位。意思就 是说,在 32 位 和 64 位 的 Java 虚拟机中,int 类型的长度是相同的。

2、Serial与Parallel GC之间的不同之处?

Serial 与 Parallel 在 GC 执行的时候都会引起 stop-the-world。

它们之间主要 不同 serial 收集器是默认的复制收集器,执行 GC 的时候只有一个线程,而 parallel 收集器使用多个 GC 线程来执行。

3、32位和64位的JVM,int类型变量的长度是多数?

32 位和 64 位的 JVM 中,int 类型变量的长度是相同的,都是 32 位或者 4 个字节。

4、Java中WeakReference与SoftReference的区别?

虽然 WeakReference 与 SoftReference 都有利于提高 GC 和 内存的效率, 但是 WeakReference ,一旦失去最后一个强引用,就会被 GC 回收,而软引用 虽然不能阻止被回收,但是可以延迟到 JVM 内存不足的时候。

5、WeakHashMap是怎么工作的?

WeakHashMap 的工作与正常的 HashMap 类似,但是使用弱引用作为 key, 意思就是当 key 对象没有任何引用时,key/value 将会被回收。

6、JVM选项-XX:+UseCompressedOops有什么作用? 为什么要使用?

当你将你的应用从 32 位的 JVM 迁移到 64 位的 JVM 时,由于对象的指针从 32 位增加到了 64 位,因此堆内存会突然增加,差不多要翻倍。

这也会对 CPU 缓存(容量比内存小很多)的数据产生不利的影响。因为,迁移到 64 位的 JVM 主要动机在于可以指定最大堆大小,通过压缩 OOP 可以节省一定的内存。通过 -XX:+UseCompressedOops 选项,JVM 会使用 32 位的 OOP,而不是 64 位 的 OOP。

7、怎样通过Java程序来判断JVM是32位 还是64位?

你可以检查某些系统属性如 sun.arch.data.model 或 os.arch 来获取该信息。

8、32位JVM和64位JVM的最大堆内存分别是多数?

理论上说上 32 位的 JVM 堆内存可以到达 2^32,即 4GB,但实际上会比这个 小很多。不同操作系统之间不同,如 Windows 系统大约 1.5 GB,Solaris 大约 3GB。

64 位 JVM 允许指定最大的堆内存,理论上可以达到 2^64,这是一个非 常大的数字,实际上你可以指定堆内存大小到 100GB。甚至有的 JVM,如 Azul, 堆内存到 1000G 都是可能的。

9、JRE、JDK、JVM 及JIT之间有什么不同?

JRE 代表 Java 运行时(Java run-time),是运行 Java 引用所必须的。JDK 代 表 Java 开发工具(Java development kit),是 Java 程序的开发工具,如 Java 编译器,它也包含 JRE。JVM 代表 Java 虚拟机(Java virtual machine),它 的责任是运行 Java 应用。

JIT 代表即时编译(Just In Time compilation),当 代码执行的次数超过一定的阈值时,会将 Java 字节码转换为本地代码,如,主 要的热点代码会被转换为本地代码,这样有利大幅度提高 Java 应用的性能。


这些题你答对了几道呢,正确率不高的同学也别沮丧,我整理了一些关于虚拟机的电子书资料,只要好好消化这些资料,再也不怕面试官问到这块的问题。

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