【面试题总结】JVM01-组成及垃圾回收

一、概念

1、JVM组成及作用

（1）组成：类加载器、运行时数据区（Java内存模型）、执行引擎、本地库接口

  

（2）作用：

类加载器（ClassLoader）把class文件转换成字节码；

运行时数据区（Runtime Data Area）把字节码加载到内存中；

特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将内存中的字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU去执行；

调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。

 

2、内存模型JMM/运行时数据区

（1）组成

线程共享：堆、方法区（非堆，内存元空间，包括常量池）/永久代

线程私有：栈（虚拟机栈、本地方法栈）、程序计数器

（2）线程共享

a. 堆（GC堆）：存放对象实例，是垃圾回收器的区域，可以细分为新生代和老年代；

更好地进行内存分配与回收，可以划分为多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer, TLAB），存储的依旧是对象实例。

堆在逻辑上连续，物理上不连续，大小可固定可扩展。

堆中无法完成实例分配且无法扩展时，会抛出OOM（OutOfMemoryError）异常/内存溢出。

堆中一个空对象大小占8字节byte

b. 方法区：存储被JVM加载的常量、静态变量、类信息、即时编译代码等数据。

JVM中将其描述为堆的一个逻辑部分，也被称为非堆（Non-Heap）。

又可以分为运行时常量池和直接内存。

（3）线程独享

a. 程序计数器：当前线程所执行字节码的行号指示器

可以完成程序的分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能

为了便于多线程切换时能恢复到正确的执行位置，不会出现OOM

b. 栈：存放基本类型和堆中对象的引用

可以分为虚拟机栈和本地方法栈

虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务

可能会抛出StackOverflowError异常/栈溢出

一个对象只对应了一个4字节的引用（堆栈分离的好处）

 

3、为什么要进行堆栈分离

栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据，分开使得处理逻辑更为清晰

堆中的内容可以被多个栈共享（也可以理解为多个线程访问同一个对象），栈中只需要记录堆的地址。

提供了一种有效的数据交互方式（如：共享内存），也可以节省内存

栈固定，而堆可以根据需要动态增长

 

4、对象的访问定位方式

使用句柄：堆中会划分出句柄池，池中存储对象的句柄地址，句柄中包含数据的具体地址

直接指针：存储类型和数据，修改时需要变两次指针

 

二、垃圾回收

1、判断可以回收的方法

引用计数法

可达性分析算法

 

2、从哪回收

由栈指向堆，从堆中回收

 

3、标为垃圾的对象会回收吗

不一定，至少经历两次标记

第一次标记：可达性分析后没有引用链，就会被标记

第二次标记：筛选没有重新与引用链建立联系的对象，进行第二次标记，执行finalize（）方法，并进行回收；如果在finalize（）方法中重新与引用链建立关联，则逃离本次回收，继续存活。

 

4、引用概念

引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用，四种引用强度依次减弱。

强引用：永不被回收

软引用：有用但非必须，内存溢出前进行回收，并将其加入引用队列

弱引用：只要被GC线程扫描到，就会被回收

虚引用：随时被回收，用于对象被回收时收到系统通知

 

5、垃圾回收算法

标记-清除（Mark-Sweep）：会造成内存碎片

复制算法（Copying）：有用的复制到另一边

标记-整理（Mark-compact）：存活对象移动到最左端，解决内存碎片问题

分代收集：大部分JVM采取，划分为新生代、老年代，以及非堆的永久代（方法区）

 

6、为什么使用分代收集

（1）对象的生命周期不同，针对不同对象，采用不同收集方式，可以提高回收效率

（2）如String对象等临时变量，有些甚至一次回收；Session对象与业务挂钩，生命周期长

 

7、新生代Young回收

（0）Minor GC，频率高，无需等到eden区满后才触发，主要采用Copying算法

（1）新生成的对象均放在年轻代，目标是收集生命周期短的对象

（2）按8:1:1的比例分为eden区和两个survivor区（survivor0、survivor1）

复制清空

先将对象生成到eden区，回收时将存活对象复制到survivor0区，然后清空eden区；

当survivor0区存满时，将eden区和survivor0区存活对象复制到survivor1区，并清空eden区和survivor0区，并将survivor0区和survivor1区交换，保持survivor1区为空；

（3）当 survivor1 区不足以存放 Eden 区 和 survivor0区的存活对象时，将存活对象放至老年代；

（4）老年代满了，就会触发一次Full GC（major GC），同时回收新生代和老年代

 

8、老年代回收

（1）年轻代经历N次回收后仍然存活的对象（生命周期较长），就会进入老年代

（2）老年代内存是新生代的一倍，老年代对象存活率比较高

 

6、浮动垃圾

GC线程和工作线程并行运行，在垃圾回收过程中产生的垃圾，就产生了浮动垃圾，这些垃圾在下次垃圾回收时才能被回收

 

7、内存碎片

不同对象存活时间不同，不进行内存整理，就会出现内存碎片

复制和标记整理算法，均可以解决碎片问题

 

8、常见的垃圾回收器

（1）Serial（Old）串行收集器-单线程

使用复制算法，是client默认的方式

通过 -XX:+UseSerialGC 来强制指定

（2）ParNew收集器-多线程

ParNew：Serial的多线程版本

（3）Parallel Scavenge-高吞吐量的并行收集器

使用停止-复制算法，是server级别的默认GC方式

使用-XX:+UseParallelGC强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4指定线程数

（4）Parallel Old收集器-并行收集器

Parallel 收集器的老年代版本

（5）CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器-并发收集器（同时开始工作）

使用标记-清除算法

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

加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”指定

注意：产生大量碎片，剩余内存无法运行，出现Concurrent Mode Failure

临时CMS采用Serial Old回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低

（6）G1（Garbage-First）-分区模型

将内存分为多个Region

后台维护优先列表，根据收集时间，选择回收价值最大的Region

（7）〇暂停ZGC（Zero pause GC）

采用颜色指针，根据颜色指针决定是否做相应操作

从根开始找

标记位标记指针的状态，初始标记为M0

有M0就是有用的，没有 M0，是remapped就是垃圾

线程访问M0时，对应对象的标记就会换成M0

 

8、CMS垃圾回收器

（1）含义

Concurrent Mark-Sweep，并发标记-清除，以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间

（2）过程

初始标记：快速记录与root直接相连的对象，暂停其他线程；

并发标记：GC和用户线程同时开始，由于不断更新引用域，闭包内不能包含所有的可达对象，会记录引用更新位置；

重新标记：修正引用更新的位置，

并发清除：对未标记区域进行清扫

 

9、G1垃圾回收器

（1）分区：把整个堆划分为一个一个等大小的区域（region）。内存的回收和划分都以region为单位

（2）支持分代的垃圾回收

（3）区域优先：收集那些活跃对象小的 region，以便快速回收空间

 

10、垃圾回收策略/时机

（1）新生代的Minor / Scavenge GC

Eden区满后触发新生代的 Minor GC

Eden区不会分配很大，所以Eden区的GC会频繁进行

（2）老年代的Major GC-速度慢

何时会触发？

对于大对象，首先在Eden尝试创建，创建不了，就会触发Minor GC

随后继续尝试在Eden区存放，仍然放不下

尝试进入老年代，老年代也放不下

触发 Major GC 清理老年代的空间

（3）整个堆的Full GC

减少Full GC次数，对JVM的调优即对Full GC的调节

 

11、何时会导致Full GC

调用System.gc()，会建议虚拟机执行Full GC

大对象进入，导致老年代空间不足

永久代空间不足

空间分配担保失败：使用复制算法的 Minor GC 需要老年代的内存空间作担保，如果担保失败会执行一次 Full GC。