JVM面试题2

29、标记清除算法（ Mark-Sweep）
最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。如图

 

 30、复制算法（copying）
为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块
内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉，如图

 

 

这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话， Copying
算法的效率会大大降低。 
31、标记整理算法(Mark-Compact)
结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和 Mark-Sweep 算法相同，
标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一
端。然后清除端边界外的对象。如图：

 

 

32、分代收集算法
分代收集法是目前大部分 JVM 所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将 GC 堆划分
为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(YoungGeneration)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特
点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

 

33、新生代与复制算法
目前大部分 JVM 的 GC 对于新生代都采取 Copying 算法，因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通
常并不是按照 1： 1 来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space, To Space)，每次
使用Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块 Survivor 空间中。

 

34、老年代与标记复制算法
而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用 Mark-Compact 算法。
1. JAVA 虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)，
它用来存储 class 类，常量，方法描述等。对永生代的回收主要
包括废弃常量和无用的类。
2. 对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分
配到老生代。
3. 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC，进行 GC 后， EdenSpace 和 From Space 区的存活对象会被
挪到 To Space，然后将 Eden Space 和 FromSpace 进行清理。
4. 如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。
5. 在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环。
6. 当对象在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会+1。 默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代中。
35、JAVA 强引用
在 Java 中最常见的就是强引用，
把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于
可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即使该对象以后永远都不会被用到 JVM 也不会回收。因此强引用是造成 Java 内存泄漏的主
要原因之一。 
36、JAVA软引用
软引用需要用 SoftReference 类来实现，对于只有软引用的对象来说，当系统内存足够时它不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回
收。软引用通常用在对内存敏感的程序中。 
37、JAVA弱引用

弱引用需要用 WeakReference 类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的
内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。

 

38、JAVA虚引用
虚引用需要 PhantomReference 类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。 虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状
态。 
39、分代收集算法
当前主流 VM 垃圾收集都采用”分代收集” (Generational Collection)算法, 这种算法会根据对象存活周期的不同将内存划分为几块, 如 JVM 中
的 新生代、老年代、永久代，
这样就可以根据各年代特点分别采用最适当的 GC 算法 
40、在新生代-复制算法
每次垃圾收集都能发现大批对象已死, 只有少量存活. 因此选用复制算法, 只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集 
41、在老年代-标记整理算法
因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保, 就必须采用“标记—清理”或“标记—整理” 算法来进行回收, 不必进行内存复制, 且直接腾
出空闲内存。
42、分区收集算法
分区算法则将整个堆空间划分为连续的不同小区间, 每个小区间独立使用, 独立回收. 这样做的好处是可以控制一次回收多少个小区间 , 根据
目标停顿时间, 每次合理地回收若干个小区间(而不是整个堆), 从而减少一次 GC 所产生的停顿。 
43、GC 垃圾收集器
Java 堆内存被划分为新生代和年老代两部分，新生代主要使用复制和标记-清除垃圾回收算法；年老代主要使用标记-整理垃圾回收算法，因
此 java 虚拟中针对新生代和年老代分别提供了多种不同的垃圾收集器， JDK1.6 中 Sun HotSpot 虚拟机的垃圾收集器如下：

 

 

 

 

44、Serial 垃圾收集器（单线程、 复制算法）
Serial（英文连续）
是最基本垃圾收集器，使用复制算法，曾经是JDK1.3.1 之前新生代唯一的垃圾收集器。 Serial 是一个单线程的收集器，
它不但只会使用一个 CPU 或一条线程去完成垃圾收集工作，并且在进行垃圾收集的同时，必须暂停其他所有的工作线程，直到垃圾收集结
束。
Serial 垃圾收集器虽然在收集垃圾过程中需要暂停所有其他的工作线程，但是它简单高效，对于限定单个 CPU 环境来说，没有线程交互的
开销，可以获得最高的单线程垃圾收集效率，因此 Serial垃圾收集器依然是 java 虚拟机运行在 Client 模式下默认的新生代垃圾收集器。 
45、ParNew 垃圾收集器（Serial+多线程）

ParNew 垃圾收集器其实是 Serial 收集器的多线程版本，也使用复制算法，除了使用多线程进行垃圾收集之外，其余的行为和 Serial 收集器
完全一样， ParNew 垃圾收集器在垃圾收集过程中同样也要暂停所有其他的工作线程。 
ParNew 收集器默认开启和 CPU 数目相同的线程数，可以通过-XX:ParallelGCThreads 参数来限制垃圾收集器的线程数。 【Parallel：平行
的】
ParNew 虽然是除了多线程外和Serial 收集器几乎完全一样，但是ParNew垃圾收集器是很多 java虚拟机运行在 Server 模式下新生代的默认
垃圾收集器。 
46、Parallel Scavenge 收集器（多线程复制算法、高效）
Parallel Scavenge 收集器也是一个新生代垃圾收集器，同样使用复制算法，也是一个多线程的垃圾收集器，
它重点关注的是程序达到一个
可控制的吞吐量（Thoughput， CPU 用于运行用户代码的时间/CPU 总消耗时间，即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收
集时间)），高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 时间，尽快地完成程序的运算任务，主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务。 自适
应调节策略也是 ParallelScavenge 收集器与 ParNew 收集器的一个重要区别。 
57、Serial Old 收集器（单线程标记整理算法 ）
Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本，它同样是个单线程的收集器，使用标记-整理算法，这个收集器也主要是运行在 Client 默认的
java 虚拟机默认的年老代垃圾收集器。在 Server 模式下，主要有两个用途：
1. 在 JDK1.5 之前版本中与新生代的 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。
2. 作为年老代中使用 CMS 收集器的后备垃圾收集方案。新生代 Serial 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集过程图：

 

 

新生代 Parallel Scavenge 收集器与 ParNew 收集器工作原理类似，都是多线程的收集器，都使用的是复制算法，在垃圾收集过程中都需要
暂停所有的工作线程。新生代 ParallelScavenge/ParNew 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集过程图：

 

 

 

58、Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）
Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多线程的标记-整理算法，在 JDK1.6才开始提供。
在 JDK1.6 之前，新生代使用 ParallelScavenge 收集器只能搭配年老代的 Serial Old 收集器，只能保证新生代的吞吐量优先，无法保证整体
的吞吐量， Parallel Old 正是为了在年老代同样提供吞吐量优先的垃圾收集器，
如果系统对吞吐量要求比较高，可以优先考虑新生代
Parallel Scavenge和年老代 Parallel Old 收集器的搭配策略。
新生代 Parallel Scavenge 和年老代 Parallel Old 收集器搭配运行过程图

 

 

 

59、CMS 收集器（多线程标记清除算法）
Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，
和其他年老代使用标记-整
理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验。CMS 工作机制相比其他的
垃圾收集器来说更复杂。整个过程分为以下 4 个阶段： 
初始标记
只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。
并发标记
进行 GC Roots 跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。
重新标记
为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，仍然需要暂停所有的工作线程。
并发清除
清除 GC Roots 不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以
和用户现在一起并发工作，
所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。CMS 收集器工作过程

 

 

60、G1 收集器
Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果，相比与 CMS 收集器， G1 收
集器两个最突出的改进是：
1. 基于标记-整理算法，不产生内存碎片。
2. 可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收。G1 收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小
固定的几个独立区域，并且跟踪这些区域的垃圾收集进度，同时在后台维护一个优先级列表，每次根据所允许的收集时间，
优先回收
垃圾最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制，确保 G1 收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收集效率
61、JVM 类加载机制
JVM 类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化，下面我们就分别来看一下这五个过程

 

 

 加载
加载是类加载过程中的一个阶段，
这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，
作为方法区这个类的各种数据的入
口。注意这里不一定非得要从一个 Class 文件获取，这里既可以从 ZIP 包中读取（比如从 jar 包和 war 包中读取），也可以在运行时计算生
成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将 JSP 文件转换成对应的 Class 类）。
验证
这一阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概
念，比如一个类变量定义为：
实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080，
将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是
程序被编译后，
存放于类构造器方法之中。
但是注意如果声明为：
public static final int v = 8080;
在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v
赋值为 8080。
解析

解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中
的：

public static int v = 8080;

 

实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080，
将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是程序被编译后，
存放于类构造器方法之
中。但是注意如果声明为：
在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v
赋值为 8080。
解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中
的：

public static final int v = 8080

 

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 8080。
解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中的：
1. CONSTANT_Class_info
2. CONSTANT_Field_info
3. CONSTANT_Method_info
等类型的常量。
符号引用 
符号引用与虚拟机实现的布局无关，
引用的目标并不一定要已经加载到内存中。 各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接
受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中。 
直接引用 
直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存
在。 
初始化 
初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由 JVM 主导。到了初
始阶段，才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码。 
类构造器 
初始化阶段是执行类构造器方法的过程。 方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会
保证子方法执行之前，父类的方法已经执行完毕，
如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成()
方法。注意以下几种情况不会执行类初始化： 
1. 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
2. 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触
发定义常量所在的类。
4. 通过类名获取 Class 对象，不会触发类的初始化。
5. 通过 Class.forName 加载指定类时，如果指定参数 initialize 为 false 时，也不会触发类初
始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
6. 通过 ClassLoader 默认的 loadClass 方法，也不会触发初始化动作。
62、类加载器
虚拟机设计团队把加载动作放到 JVM 外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类， JVM 提供了 3 种类加载器： 
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) 
负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，
或通过-Xbootclasspath 参数指定路径中的，
且被虚拟机认可（按文件名识别，
如 rt.jar）
的类。
扩展类加载器(Extension ClassLoader)
负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。
应用程序类加载器(Application ClassLoader)：
负责加载用户路径（classpath）上的类库。JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，
当然我们也可以通过继承 java.lang.ClassLoader实现自
定义的类加载器。

63、双亲委派
当一个类收到了类加载请求，他首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此，因此
所有的加载请求都应该传送到启动类加载其中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载
的Class），
子类加载器才会尝试自己去加载。
采用双亲委派的一个好处是比如加载位于 rt.jar 包中的类 java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类
加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个 Object 对象

 

 64、OSGI（
动态模型系统）
OSGi(Open Service Gateway Initiative)，是面向 Java 的动态模型系统，是 Java 动态化模块化系统的一系列规范。 
65、动态改变构造
OSGi 服务平台提供在多种网络设备上无需重启的动态改变构造的功能。为了最小化耦合度和促使这些耦合度可管理， OSGi 技术提供一种
面向服务的架构，它能使这些组件动态地发现对方。
66、模块化编程与热插拔
OSGi 旨在为实现 Java 程序的模块化编程提供基础条件，基于 OSGi 的程序很可能可以实现模块级的热插

OSGi 描绘了一个很美好的模块化开发目标，而且定义了实现这个目标的所需要服务与架构，同时也有成熟的框架进行实现支持。但并非所
有的应用都适合采用 OSGi 作为基础架构，它在提供强大功能同时，也引入了额外的复杂度，因为它不遵守了类加载的双亲委托模型