Java面试题2-JVM相关

谈谈你对解析与分派的认识

解析

Java中方法调用的目标方法在Class文件里面都是常量池中的符号引用，在类加载的解析阶段，会将其中的一部分符号引用转化为直接引用。（关于符号引用与直接引用，详见【深入理解JVM】：Class类文件结构）这种解析的前提是：方法在程序真正运行之前就有一个可以确定的调用版本，并且这个方法的调用版本在运行期是不可改变的，即“编译期可知，运行期不可变”，这类目标的方法的调用称为解析（Resolve）。

 

只要能被invokestatic和invokespecial指令调用的方法，都可以在解析阶段中确定唯一的调用版本，符合条件的有静态方法（invokestatic指令）、私有方法、实例构造方法、父类方法（这3个是invokespecial指令），它们在类加载的的解析阶段就会将符号引用解析为该方法的直接引用。

 

分派

解析调用一定是个静态的过程，在编译期就完全确定，在类加载的解析阶段就将涉及的符号引用全部转变为可以确定的直接引用，不会延迟到运行期再去完成。而分派（Dispatch）调用则可能是静态的也可能是动态的。分派是多态性的体现，Java虚拟机底层提供了我们开发中“重载”(Overload)“和重写”(Override)的底层实现。其中重载属于静态分派，而重写则是动态分派的过程。

 

Java有自己的内存回收机制,但为什么还存在内存泄露的问题呢

 

这个问题，我们需要知道 GC 在什么时候回收内存对象，什么样的内存对象会被 GC 认为是“不再使用”的。
GC Root 判断对象的可达性，当一个内存对象失去了所有的引用之后，GC 就可以将其回收。反过来说，如果这个
对象还存在引用，那么它将不会被 GC 回收，哪怕是 Java 虚拟机抛出 OutOfMemoryError 。

 

JVM堆的基本结构


java堆是和应用程序关系最为密切的内存空间，几乎所有的对象都存放在堆上。并且java堆是完全自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会被自动清理，而不需要显示的释放。

根据java回收机制的不同，java堆有可能拥有不同的结构。最为常见的一种构成是将整个java堆分为新生代和老年代。其中新生代存放新生对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。新生代有可能分为eden区、s0区、s1区，s0区和s1区也被称为from和to区，他们是两块大小相同、可以互换角色的内存空间。

如下图：显示了一个堆空间的一般结构：

image.png

 

JVM的垃圾收集器有哪几种


 

  • Serial收集器（复制算法)
    新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效。是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。
  • Serial Old收集器(标记-整理算法)
    老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本。

 

  • ParNew收集器(停止-复制算法)　
    新生代收集器，可以认为是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现。
  • Parallel Scavenge收集器(停止-复制算法)
    并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般为99%， 吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)。适合后台应用等对交互相应要求不高的场景。是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。
  • Parallel Old收集器(停止-复制算法)
    Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量优先。

 

  • CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清理算法）
    高并发、低停顿，追求最短GC回收停顿时间，cpu占用比较高，响应时间快，停顿时间短，多核cpu 追求高响应时间的选择。

 

常见垃圾收集算法

 

标记-清除算法（Mark-Sweep）

  标记-清除算法采用从根集合（GC Roots）进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收，如下图所示。标记-清除算法不需要进行对象的移动，只需对不存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，因此会造成内存碎片。

复制算法(Copying)

  复制算法的提出是为了克服句柄的开销和解决内存碎片的问题。它开始时把堆分成 一个对象 面和多个空闲面， 程序从对象面为对象分配空间，当对象满了，基于copying算法的垃圾 收集就从根集合（GC Roots）中扫描活动对象，并将每个 活动对象复制到空闲面(使得活动对象所占的内存之间没有空闲洞)，这样空闲面变成了对象面，原来的对象面变成了空闲面，程序会在新的对象面中分配内存。

标记-整理算法(Mark-compact)

  标记-整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记，但在清除时不同，在回收不存活的对象占用的空间后，会将所有的存活对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上，又进行了对象的移动，因此成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。具体流程见下图：

分代收集算法

  分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根据对象存活的生命周期将内存划分为若干个不同的区域。一般情况下将堆区划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），在堆区之外还有一个代就是永久代（Permanet Generation）。老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。

 

年轻代（Young Generation）的回收算法 (回收主要以Copying为主)

a) 所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。

b) 新生代内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区。一个Eden区，两个 Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。回收时先将eden区存活对象复制到一个survivor0区，然后清空eden区，当这个survivor0区也存放满了时，则将eden区和survivor0区存活对象复制到另一个survivor1区，然后清空eden和这个survivor0区，此时survivor0区是空的，然后将survivor0区和survivor1区交换，即保持survivor1区为空， 如此往复。

c) 当survivor1区不足以存放 eden和survivor0的存活对象时，就将存活对象直接存放到老年代。若是老年代也满了就会触发一次Full GC(Major GC)，也就是新生代、老年代都进行回收。

d) 新生代发生的GC也叫做Minor GC，MinorGC发生频率比较高(不一定等Eden区满了才触发)。

年老代（Old Generation）的回收算法（回收主要以Mark-Compact为主）

a) 在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

b) 内存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，当老年代内存满时触发Major GC即Full GC，Full GC发生频率比较低，老年代对象存活时间比较长，存活率标记高。

持久代（Permanent Generation）的回收算法

  用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate 等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代也称方法区

 

如何查看JVM的内存使用情况


 

 

你常用的JVM配置和调优参数都有哪些

 


-Xmx  –Xms  -Xss

  • -Xmx 最大堆
  • -Xms 最小堆
  • -Xss 栈大小

（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、-XX:NewRatio、-XX:SurvivorRatio

  • -Xmn

　　　　设置新生代大小

  • -XX:NewRatio

　　　　新生代（eden+2*s）和老年代（不包含永久区）的比值

    　　　　例如：4，表示新生代:老年代=1:4，即新生代占整个堆的1/5

  • -XX:SurvivorRatio（幸存代）

　　　　设置两个Survivor区和eden的比值

    　　　　例如：8，表示两个Survivor:eden=2:8，即一个Survivor占年轻代的1/10

 

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError、-XX:+HeapDumpPath

  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

　　　　OOM时导出堆到文件

　　　　　　根据这个文件，我们可以看到系统dump时发生了什么。

  • -XX:+HeapDumpPath

　　　　导出OOM的路径

VisualVM 可以打开dump文件 分析内存溢出

 

-XX:PermSize  -XX:MaxPermSize 永久代

 

简介CMS垃圾回收器

 

CMS回收过程

  • 初始标记(STW initial mark)
  • 并发标记(Concurrent marking)
  • 并发预清理(Concurrent precleaning)
  • 重新标记(STW remark)
  • 并发清理(Concurrent sweeping)
  • 并发重置(Concurrent reset)

 

初始标记 ：在这个阶段，需要虚拟机停顿正在执行的任务，官方的叫法STW(Stop The Word)。这个过程从垃圾回收的"根对象"开始，只扫描到能够和"根对象"直接关联的对象，并作标记。所以这个过程虽然暂停了整个JVM，但是很快就完成了。

并发标记 ：这个阶段紧随初始标记阶段，在初始标记的基础上继续向下追溯标记。并发标记阶段，应用程序的线程和并发标记的线程并发执行，所以用户不会感受到停顿。

并发预清理 ：并发预清理阶段仍然是并发的。在这个阶段，虚拟机查找在执行并发标记阶段新进入老年代的对象(可能会有一些对象从新生代晋升到老年代， 或者有一些对象被分配到老年代)。通过重新扫描，减少下一个阶段"重新标记"的工作，因为下一个阶段会Stop The World。

重新标记 ：这个阶段会暂停虚拟机，收集器线程扫描在CMS堆中剩余的对象。扫描从"跟对象"开始向下追溯，并处理对象关联。

并发清理 ：清理垃圾对象，这个阶段收集器线程和应用程序线程并发执行。

并发重置 ：这个阶段，重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。

 

 

6.2 CMS回收缺点

 

  • CMS回收器采用的基础算法是Mark-Sweep。所有CMS不会整理、压缩堆空间。这样就会有一个问题：经过CMS收集的堆会产生空间碎片。 CMS不对堆空间整理压缩节约了垃圾回收的停顿时间，但也带来的堆空间的浪费。为了解决堆空间浪费问题，CMS回收器不再采用简单的指针指向一块可用堆空 间来为下次对象分配使用。而是把一些未分配的空间汇总成一个列表，当JVM分配对象空间的时候，会搜索这个列表找到足够大的空间来hold住这个对象。
  • 需要更多的CPU资源。从上面的图可以看到，为了让应用程序不停顿，CMS线程和应用程序线程并发执行，这样就需要有更多的CPU，单纯靠线程切 换是不靠谱的。并且，重新标记阶段，为空保证STW快速完成，也要用到更多的甚至所有的CPU资源。当然，多核多CPU也是未来的趋势！
  • CMS的另一个缺点是它需要更大的堆空间。因为CMS标记阶段应用程序的线程还是在执行的，那么就会有堆空间继续分配的情况，为了保证在CMS回 收完堆之前还有空间分配给正在运行的应用程序，必须预留一部分空间。也就是说，CMS不会在老年代满的时候才开始收集。相反，它会尝试更早的开始收集，已 避免上面提到的情况：在回收完成之前，堆没有足够空间分配！默认当老年代使用68%的时候，CMS就开始行动了。 – XX:CMSInitiatingOccupancyFraction =n 来设置这个阀值

 

6.3 什么时候使用CMS

 

如果你的应用程序对停顿比较敏感，并且在应用程序运行的时候可以提供更大的内存和更多的CPU(也就是硬件牛逼)，那么使用CMS来收集会给你带来好处。还有，如果在JVM中，有相对较多存活时间较长的对象(老年代比较大)会更适合使用CMS

 

什么情况下会出现OOM(堆内存,永久区,堆外区,方法栈)

 

永久区

OutOfMemoryError： PermGen space

Permanent Generation space 这个区域主要用来保存加来的Class的一些信息，在程序运行期间属于永久占用的，

Java的GC不会对他进行释放，所以如果启动的程序加载的信息比较大，超出了这个空间的大小，就会发生溢出错误；

解决的办法无非就是增加空间分配了——增加java虚拟机中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize参数的大小，

其中XX:PermSize是初始永久保存区域大小，XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小

 

堆内存

OutOfMemoryError：Java heap space

heap 是Java内存中的堆区，主要用来存放对象，当对象太多超出了空间大小，GC又来不及释放的时候，就会发生

溢出错误。Java中对象的创建是可控的，但是对象的回收是由GC自动的，一般来说，当已存在对象没有引用(即不可

达)的时候，GC就会定时的来回收对象，释放空间。但是因为程序的设计问题，导致对象可达但是又没有用(即前文

提到的内存泄露)，当这种情况越来越多的时候，问题就来了。

针对这个问题，我们需要做一下两点：

1、检查程序，减少大量重复创建对象的死循环，减少内存泄露。

2、增加Java虚拟机中Xms（初始堆大小）和Xmx（最大堆大小）参数的大小

 

 

方法栈

OutOfMemoryError：StackOverFlowError 

stack是Java内存中的栈空间，主要用来存放方法中的变量，参数等临时性的数据的，发生溢出一般是因为分配空间

太小，或是执行的方法递归层数太多创建了占用了太多栈帧导致溢出。

针对这个问题，除了修改配置参数-Xss参数增加线程栈大小之外，优化程序是尤其重要

 

堆外内存

OutOfMemoryError： Direct buffer memory

操作系统对每个进程能管理的内存是有限制的，32位windows的限制是2G，其中1.6G给了Java堆，但 Direct Memory 是不计入这 1.6G的，因此 Direct Memory 最大就是 0.4G。使用NIO的 allocateDirect 可以分配堆外内存

 

常用的GC策略,什么时候会触发YGC,什么时候触发FGC

 

GC常用策略

常见内存回收策略可以从以下几个维度来理解：

1 串行&并行 

串行：单线程执行内存回收工作。十分简单，无需考虑同步等问题，但耗时较长，不适合多cpu。

并行：多线程并发进行回收工作。适合多CPU，效率高

 

2 并发& stop the world 

stop the world：jvm里的应用线程会挂起，只有垃圾回收线程在工作进行垃圾清理工作。简单，无需考虑回收不干净等问题。

并发：在垃圾回收的同时，应用也在跑。保证应用的响应时间。会存在回收不干净需要二次回收的情况。

 

3 压缩&非压缩&copy 

压缩：在进行垃圾回收后，会通过滑动，把存活对象滑动到连续的空间里，清理碎片，保证剩余的空间是连续的。

非压缩：保留碎片，不进行压缩。

copy：将存活对象移到新空间，老空间全部释放。（需要较大的内存。）

 

YGC的时机

edn空间不足

 

FGC的时机

  • old空间不足；
  • perm空间不足；
  • 显示调用System.gc() ，包括RMI等的定时触发
  • YGC时的悲观策略；
  • dump live的内存信息时(jmap –dump:live)

 

对YGC的 触发时机，相当的显而易见，就是eden空间不足， 这时候就肯定会触发ygc

对于FGC的触发时机， old空间不足， 和perm的空间不足， 调用system.gc()这几个都比较显而易见，就是在这种情况下， 一般都会触发GC。

最复杂的是所谓的悲观策略，它触发的机制是在首先会计算之前晋升的平均大小，也就是从新生代，通过ygc变成新生代的平均大小，然后如果旧生代剩余的空间小于晋升大小，那么就会触发一次FullGC。sdk考虑的策略是， 从平均和长远的情况来看，下次晋升空间不够的可能性非常大， 与其等到那时候在fullGC 不如悲观的认为下次肯定会触发FullGC， 直接先执行一次FullGC。而且从实际使用过程中来看， 也达到了比较稳定的效果。

posted @ 2020-01-20 09:44  reload  阅读(200)  评论(0)  编辑  收藏  举报