前言：

你可能花过很多精力学习 JVM 的知识，但在面对真实生产环境产生的问题，依旧会束手无策：

• 正在运行的 Java 程序，突然 OOM
• 程序异常卡顿，CPU 疯狂运转，GC 时间飙升
• 面对一堆 JVM 参数无从下手，甚至错误配置某个参数而产生负面效果
• 一头雾水，不知如何了解线上应用的垃圾回收状况

不论是在问题现场还是跳槽面试，面对这些问题，如何快速定位和解决问题，需要你对 Java虚拟机的实现和优化，有极为深刻的理解。所以我在这里整理了一下 JVM 的知识点。内容有点长，但是都是十足的干货，请各位看官耐心批阅！

1.什么是 Java 虚拟机？为什么 Java 被称作是“平台无关的编程语言”？

Java 虚拟机是一个可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。Java 源文件被编译成能被 Java 虚拟机执行的字节码文件。Java 被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java 虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

2.Java 内存结构？

方法区和对是所有线程共享的内存区域；而 java 栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。

3.内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么？

JVM 分为堆区和栈区，还有方法区，初始化的对象放在堆里面，引用放在栈里面，class 类信息常量池（static 常量和 static 变量）等放在方法区。 new:

• 方法区：主要是存储类信息，常量池（static 常量和 static 变量），编译后的代码（字节码）等数据
• 堆：初始化的对象，成员变量 （那种非 static 的变量），所有的对象实例和数组都要在堆上分配
• 栈：栈的结构是栈帧组成的，调用一个方法就压入一帧，帧上面存储局部变量表，操作数栈，方法出口等信息，局部变量表存放的是 8大基础类型加上一个应用类型，所以还是一个指向地址的指针
• 本地方法栈：主要为 Native 方法服务
• 程序计数器：记录当前线程执行的行号

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4.堆里面的分区：Eden，survival （from+ to），老年代，各自的特点？

堆里面分为新生代和老生代（java8 取消了永久代，采用了 Metaspace），新生代包含 Eden+Survivor 区，survivor 区里面分为 from 和 to 区，内存回收时，如果用的是复制算法，从 from 复制到 to，当经过一次或者多次 GC 之后，存活下来的对象会被移动到老年区，当 JVM 内存不够用的时候，会触发 Full GC，清理 JVM 老年区当新生区满了之后会触发 YGC,先把存活的对象放到其中一个 Survice 区，然后进行垃圾清理。

因为如果仅仅清理需要删除的对象，这样会导致内存碎片，因此一般会把 Eden 进行完全的清理，然后整理内存。

那么下次 GC 的时候，就会使用下一个 Survive，这样循环使用。

如果有特别大的对象，新生代放不下，就会使用老年代的担保，直接放到老年代里面。
因为 JVM 认为，一般大对象的存活时间一般比较久远。

5 .解释内存中的栈(stack)、堆(heap)和方法区(method area)的用法

通常我们定义一个基本数据类型的变量，一个对象的引用，还有就是函数调用的现场保存都使用 JVM 中的栈空间；而通过 new 关键字和构造器创建的对象则放在堆空间，堆是垃圾收集器管理的主要区域，由于现在的垃圾收集器都采用分代收集算法，所以堆空间还可以细分为新生代和老生代，再具体一点可以分为 Eden、Survivor（又可分为 From Survivor 和 To Survivor）、Tenured；方法区和堆都是各个线程共享的内存区域，用于存储已经被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、JIT 编译器编译后的代码等数据；程序中的字面量（literal）如直接书写的 100、”hello”和常量都是放在常量池中，常量池是方法区的一部分，。栈空间操作起来最快但是栈很小，通常大量的对象都是放在堆空间，栈和堆的大小都可以通过 JVM 的启动参数来进行调整，栈空间用光了会引发 StackOverflowError，而堆和常量池空间不足则会引发 OutOfMemoryError。

String str = new String("hello");

上面的语句中变量 str 放在栈上，用 new 创建出来的字符串对象放在堆上，而”hello”这个字面量是放在方法区的。

补充 1：较新版本的 Java（从 Java 6 的某个更新开始）中，由于 JIT 编译器的发展和”逃逸分析”技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换等优化技术使得对象一定分配在堆上这件事情已经变得不那么绝对了。

补充 2：运行时常量池相当于 Class 文件常量池具有动态性，Java 语言并不要求常量一定只有编译期间才能产生，运行期间也可以将新的常量放入池中，String 类的 intern()方法就是这样的。看看下面代码的执行结果是什么并且比较一下 Java 7 以前和以后的运行结果是否一致。

String s1 = new StringBuilder("go")
    .append("od").toString();
System.out.println(s1.intern() == s1);
String s2 = new StringBuilder("ja")
    .append("va").toString();
System.out.println(s2.intern() == s2);

6.GC 的两种判定方法?

引用计数法：指的是如果某个地方引用了这个对象就+1，如果失效了就-1，当为 0 就 会回收但是 JVM 没有用这种方式，因为无法判定相互循环引用（A 引用 B,B 引用 A） 的情况。
引用链法：通过一种 GC ROOT 的对象（方法区中静态变量引用的对象等-static 变 量）来判断，如果有一条链能够到达 GC ROOT 就说明，不能到达 GC ROOT 就说明 可以回收

7.SafePoint 是什么?

比如 GC 的时候必须要等到 Java 线程都进入到 safepoint 的时候 VMThread 才能开始执行 GC
1.循环的末尾 (防止大循环的时候一直不进入 safepoint，而其他线程在等待它进入 safepoint)
2.方法返回前
3.调用方法的 call 之后
4.抛出异常的位置

8.GC 的三种收集方法：标记清除、标记整理、复制算法的原理与特点，分别用在什么地方，如果让你优化收集方法，有什么思路？

先标记，标记完毕之后再清除，效率不高，会产生碎片
复制算法：分为 8：1 的 Eden 区和 survivor 区，就是上面谈到的 YGC
标记整理：标记完毕之后，让所有存活的对象向一端移动

9.GC 收集器有哪些？CMS 收集器与 G1 收集器的特点？

并行收集器：串行收集器使用一个单独的线程进行收集，GC 时服务有停顿时间
串行收集器：次要回收中使用多线程来执行
CMS 收集器是基于“标记—清除”算法实现的，经过多次标记才会被清除
G1 从整体来看是基于“标记—整理”算法实现的收集器，从局部（两个 Region 之间）上来看是基于“复制”算法实现的

10.Minor GC 与 Full GC 分别在什么时候发生？

新生代内存不够用时候发生 MGC 也叫 YGC，JVM 内存不够的时候发生 FGC

11. 几种常用的内存调试工具：jmap、jstack、jconsole、jhat？

jstack 可以看当前栈的情况，jmap 查看内存，jhat 进行 dump 堆的信息 mat（eclipse 的也要了解一下）

12.什么是类的加载

类的加载指的是将类的.class 文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class 对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的 Class 对象，Class 对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向 Java 程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

13.类加载器

• 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载存放在 JDK\jre\lib(JDK 代表 JDK
  的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath 参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库
• 扩展类加载：Extension ClassLoader，该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
  实现，它负责加载 DK\jre\lib\ext 目录中，或者由 java.ext.dirs 系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.*开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器：Application ClassLoader，该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader
  来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器

14.Java 对象创建过程

1.JVM 遇到一条新建对象的指令时首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定义到一个类的符号引用。然后加载这个类（类加载过程在后边讲）

2.为对象分配内存。一种办法“指针碰撞”、一种办法“空闲列表”，最终常用的办法“本地线程缓冲分配(TLAB)”

3.将除对象头外的对象内存空间初始化为 0

4.对对象头进行必要设置

15.类的生命周期

类的生命周期包括这几个部分，加载、连接、初始化、使用和卸载，其中前三部是类的加载的过程,如下图；

java 类加载需要经历以下 几个过程：

• 加载

加载时类加载的第一个过程，在这个阶段，将完成以下三件事情：

1.通过一个类的全限定名获取该类的二进制流。

2.将该二进制流中的静态存储结构转化为方法去运行时数据结构。

3.在内存中生成该类的 Class 对象，作为该类的数据访问入口。

• 验证

验证的目的是为了确保 Class 文件的字节流中的信息不回危害到虚拟机.在该阶段主要完成以下四钟验证:

文件格式验证：验证字节流是否符合 Class 文件的规范，如主次版本号是否在当前虚拟机范围内，常量池中的常量是否有不被支持的类型.

元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析，如这个类是否有父类，是否集成了不被继承的类等。

字节码验证：是整个验证过程中最复杂的一个阶段，通过验证数据流和控制流的分析，确定程序语义是否正确，主要针对方法体的验证。 如： 方法中的类型转换是否正确，跳转指令是否正确等。

符号引用验证： 这个动作在后面的解析过程中发生，主要是为了确保解析动作能正确执行。

• 准备

准备阶段是为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值，这些内存都将在方法区中进行分配。准备阶段不分配类中的实例变量的内存，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。

public static int value=123;

//在准备阶段 value 初始值为 0 。
在初始化阶段才会变为 123。

• 解析
  该阶段主要完成符号引用到直接引用的转换动作。解析动作并不一定在初始化动作完成之前，也有可能在初始化之后。

• 初始化
  初始化时类加载的最后一步，前面的类加载过程，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。 到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序。

16.简述 java 类加载机制?

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存，并对数据进行校验，解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 java 类型。

17.Java 对象结构

Java 对象由三个部分组成：对象头、实例数据、对齐填充。

对象头由两部分组成，第一部分存储对象自身的运行时数据：哈希码、GC 分代年龄、锁标识状态、线程持有的锁、偏向线程 ID（一般占 32/64 bit）。

第二部分是指针类型，指向对象的类元数据类型（即对象代表哪个类）。如果是数组对象，则对象头中还有一部分用来记录数组长度。

实例数据用来存储对象真正的有效信息（包括父类继承下来的和自己定义的）

对齐填充：JVM 要求对象起始地址必须是 8 字节的整数倍（8 字节对齐）

18.如和判断一个对象是否存活?(或者 GC 对象的判定方法)

判断一个对象是否存活有两种方法:

1.引用计数法

所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死对象”,将会被垃圾回收。 引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题，也就是说当对象 A 引用对象 B，对象 B 又引用者对象 A，那么此时 A,B 对象的引用计数器都不为零，也就造成无法完成垃圾回收，所以主流的虚拟机都没有采用这种算法。

2.可达性算法(引用链法)

该算法的思想是：从一个被称为 GC Roots 的对象开始向下搜索，如果一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。
在 java 中可以作为 GC Roots 的对象有以下几种：

• 虚拟机栈中引用的对象

• 方法区类静态属性引用的对象

• 方法区常量池引用的对象

• 本地方法栈 JNI 引用的对象

虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收，但是当满足上述条件时，一个对象比不一定会被回收。当一个对象不可达 GC Root 时，这个对象并不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收需要经历两次标记如果对象在可达性分析中没有与 GC Root 的引用链，那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行 finalize()方法。当对象没有覆盖 finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为是没必要的。

如果该对象有必要执行 finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为 F-Queue 的对队列中，虚拟机会触发一个 Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是因为如果 finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会造成 FQueue 队列一直等待，造成了内存回收系统的崩溃。 GC 对处于 F-Queue 中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。

19.JVM 的永久代中会发生垃圾回收么？

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免 Full GC 是非常重要的原因。请参考下 Java8：从永久代到元数据区 (注：Java8 中已经移除了永久代，新加了一个叫做元数据区的 native 内存区)

20.简述 java 内存分配与回收策率以及 Minor GC 和 Major GC？

1.对象优先在堆的 Eden 区分配。

2.大对象直接进入老年代.

3.长期存活的对象将直接进入老年代.，当 Eden 区没有足够的空间进行分配时，虚拟机会执行一次 Minor GC.Minor Gc 通常发生在新生代的 Eden 区，在这个区的对象生存期短，往往发生 Gc 的频率较高， 回收速度比较快;Full Gc/Major GC 发生在老年代，一般情况下，触发老年代 GC 的时候不会触发 Minor GC,但是通过配置，可以在 Full GC 之前进行一次 MinorGC 这样可以加快老年代的回收速度。

总结：

JVM在一些互联网大厂是面试必问的一个技术点，所以在面试时一定要注重重点，想一些高并发高可用的技术。面试时要掌握节奏，说一些让面试官眼前一亮的技术，有些基础的东西能少说就少说，毕竟面试官面了这么多早就听够了，越是稀少的越是能激发面试官的兴趣，然后掌握在自己的节奏中。

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