Jvm内存面试问题总结(包括堆外内存) 2020

Jvm内存面试问题总结(包括堆外内存)

逆水行舟,不进则退. 再不努力就被淘汰了. 

ps: 本文为纯手打学习笔记 ,在摸索中学习 , 只为分享知识 , 请勿随意转载. 如有我理解错误的地方, 请各路大佬务必留言指导 . 

附一份word版分享连接.

https://download.csdn.net/download/whx217/13092323

顺便安利两个笔记软件Typora 和 幕布. 只用电脑端建议Typora, 感觉唯一的缺点就是没有手机端. 幕布最大的优势就是支持思维导图. 

• jvm中有哪几块内存？
  • 堆内存
    • 放对象
    • 所有线程共享
  • 栈内存
    • 放代码的线程。
    • 线程独有，自由有自己的栈内存。
  • 永久代（java8之前）
    • 放我们的类
    • 放常量池
  • 线程计数器
  • 本地方法栈
    • 放动态库
• 堆内存是如何分配的？
  • 年轻代（默认情况下eden区和s1 / s2区的比例是 8：1：1）
    • eden区
    • Survivor 区（两个Survivor区大小完全一样）
      • Survivor  1 区
      • Survivor   2 区
  • 年老代（默认和年轻代一样）
• java8之后对内存分布做了什么改进？
  • 主要是 永久代里面的变化
    • 本来永久代中放了一些类和常量池
    • java8以后永久代就没有了
      • 将常量放入了堆里面
      • 将类放入了metaspace中
    • metaspace是不占用jvm内存空间的，占用的是本地空间。
• jvm是如何运行起来的？
  • 1 类加载器 先加载war、jar中的class，将我们的类加载到metaspace中
  • 2.spring容器会基于反射技术将metaspace中的类创建出一个实例bean。将bean加载到堆内存中。
  • 3. 当线程处理请求的时候，在自己线程独享的内存空间中，每个方法拿到一个栈帧 ，局部变量全部放到栈帧里面去，同时局部变量会去堆内存中引用一个对象，方法层层嵌套，进行压栈。
• jvm在什么情况下会触发gc垃圾回收？
  • 1. 如果说eden满了，必然会触发gc垃圾回收。youngGC 简称ygc
    • 此时回收没有人引用的对象。
    • 静态变量/局部变量引用不会被回收。
    • 被引用的对象不会被回收。
• 常见的垃圾回收算法都有什么?
  • 引用计数法
    • 通过引用计数器标记占内存中的变量对堆内存中变量的引用数量,当gc垃圾回收的时候,发现引用计数器中的值是0 ,则被回收.
    • 引用计数法的缺点 : 无法解决循环引用的问题.
  • 标记清除法
    • 降垃圾回收分成两个阶段, 标记阶段和 清除阶段
    • 标记阶段,jvm会暂停jvm中的所有线程并开启GC线程. 有一个最大的ROOT对象, 从ROOT对象开始,依次标记,最终没有指向ROOT对象的对象 就是垃圾对象.
    • 清除阶段 , 清除垃圾对象 .
    • 标记清除法优缺点: 解决的了引用计数算法中的循环引用的问题. . 但是每次GC都要扫描全部对象,并且要暂停所有线程,  效率较低 , 同时会产生内存碎片.
  • 标记整理法 (JDK1.8 老年代 GC垃圾回收)
    • 在标记清除算法上做了优化, 第一阶段标记阶段是一样的.
    • 整理阶段, 把所有被标记的对象全部压缩到内存的一端.
    • 清理阶段 , 清除所有未被整理的垃圾对象.
    • 优缺点: 解决了内存碎片化的问题, 但是比标记清除算法更加消耗cpu . 因为中间多了一步对对象的移动这个操作.
  • 复制算法(JDK1.8 年轻代 GC垃圾回收 Survivor区)
    • 两块内存大小一样的内存空间,在使用的使用依次使用其中的一个,另一个清除.留做下次使用.如此循环.
    • 优缺点:在垃圾对象多的时候,效率高,并且在清理后内存无碎片. 但是垃圾对象较少的时候不适用,因为频繁复制,消耗资源. 另一个缺点就是内存只能使用50% .
  • 分代算法
    • 根据垃圾回收的特点选择不同的算法.
    • 老年代 GC垃圾回收
    • 年轻代 GC垃圾回收  Eden + Survivor ( 0 / 1 ) 区
• 年轻代垃圾回收算法？YGC
  • 对于年轻代而言，大部分对象的生存周期都很短。eden大部分对象都是垃圾！~
    • 对于年轻代的垃圾回收算法，是复制算法，每次垃圾回收，将没有被回收的对象复制到一个s区，然后将eden区整个清空。完成一次young GC。下一次ygc 时，将eden区和刚刚的s区中的对象筛选一次，将筛选的结果复制存入空白是s区，此时将刚刚被筛选的eden区和s区中的对象全部清空。完成又一次yGC。总的说就是两个s区和eden区进行配合重复完成ygc。
• 什么时候年轻代中的对象会跑到老年代中呢？
  • 1 . 对象熬过了很多次垃圾回收。大概是熬过15次垃圾回收。
  • 2 . 某次垃圾回收的时候，发现s区放不下的对象。直接放入老年代。
  • 3. 创建对象的时候，发现对象是大对象，直接放入老年代。防止ygc时反复移动这个大对象。大概大于100KB，都算作大对象。
• 老年代的垃圾回收算法是什么？OGC
  • 老年代中的对象很多都是被长期引用的，尤其是spring管理的各种bean。
  • 标记-清除算法有什么缺点：缺点是容易出现很多的内存碎片。
  • 标记-整理算法，将老年代中的存活对象标记起来，移动到一起，存活对象压缩到一片内存空间中，其余的空间全部算垃圾对象，一起清理掉。解决了内存碎片产生的问题。完成了一次OGC。
• 常用的垃圾回收器都有什么？
  • 串行垃圾回收器  (DefNew)(老年代)

是指使用单线程进行垃圾回收,在垃圾回收时,只有一个线程在工作,并且java应用中的所有线程都要暂停,等待垃圾回收完成. 这种现象称为 STW (stop - the - world)

• • 并行垃圾回收器(ParNew)(年轻代)

在串行垃圾回收器上进行了改进,将串行改成了并行,性能更高.也会出现STW.只是速度更快, 停顿的时间更短.

• • parallelGC垃圾回收器
    • 在parnew回收器的基础上,又新增了系统吞吐量等相关参数.
    • 可自动调整堆内存分配, 但是不常用.
  • CMS垃圾回收器(针对老年代)
    • 优点; 在做垃圾回收的时候 ,  让程序尽量较少STW.
    • 初始化标记 - 并发标记 - 预处理 - 最终标记 - 并发清理 - 调整堆大小 - 重置 - 初始化标记 ... ...
  • parnew (ygc) + cms(ogc)    jdk8以及以前。
  • [重要]G1 垃圾回收器 直接进行分带回收 、 新版本主推。java9开始变为默认的垃圾回收器.。
    • 在做jvm性能调优的时候, 也建议使用G1垃圾回收. 能大大简化性能调优.
      • 三种垃圾回收模式 : Young GC / Mixed GC /Full GC
      • 调优三大步:
        • 第一步: 开启G1垃圾回收器
        • 第二步: 设置堆的最大内存
        • 第三步:设置最大的停顿时间
    • G1垃圾回收器的原理 :
      • 取消了年轻代和老年代的物理划分 , 取而代之的一个逻辑上的划分 (区域)Region.  这样我们无需去设置每一个区域的大小.
      • YGC时 , 还是使用复制算法.
      • Remembered Set (已记忆集合)
        • 在YGC时，G1垃圾回收器是如何找到ROOT根对象的 ？ROOT根对象即有可能在年轻代也有可能在老年代。
      • G1 垃圾回收器的相关参数
        • -XX:UseG1GC
          • 使用G1 GC进行垃圾回收
        • -XX:MaxGCPauseMillis
          • 设置期望达到的最大GC停顿时间STW的指标,默认值是200毫秒.（jvm会去协调，但并不能保证完全做到）
        • -XX:G1HeapRegionSize=n
          • 设置G1区域的大小，也就是一个Region的大小 ，值是2的幂，范围是1M-32M .目标是根据最小的java堆大小划分出约2018个区域。
          • 默认值是堆内存的1/2000.
        • -XX:ParallelGCThread=n
          • 设置STW工作线程数的值 。将n的值设置为CPU处理器线程的数量。n的值与处理器线程数的数量相同，最多为8 。
        • -XX:ConcGCThreads=n
          • 设置并行标记的线程数。将n的值设置为ParallelGCThread的1/4左右比较合适。
        • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
          • 设置触发标记周期的java堆占用率阈值。也就是触发MxiedGC的标准，默认占用率是整个java堆的45%。
    • G1垃圾回收器官方给出的优化建议
      • 1   避免设置年轻代相关参数
        • 避免使用-Xmn选项或-XX:NewRatio等其他相关选项设置年轻代的大小，如果设置的话， 会覆盖掉G1垃圾回收器的相关参数，影响G1垃圾回收器的性能。因为G1垃圾回收器是把内存划分成多个Region。
      • 2   暂停的时间目标不要太过于苛刻。
        • G1 GC的吞吐量的目标是90%应用程序，10%垃圾回收。如果STW时间过短，会影响吞吐量。
    • Mxied GC  是一个混合的GC 。
      • Mxied GC 在什么时候出发?  当老年代的大小占整个堆大小的45%的时候， 会触发Mxied GC 。
      • Mxied GC 的回收步骤。
        • 全局并发标记
        • 拷贝存活对象
  • 老年代的回收比年轻代回收平均慢10倍。
  • 在进行垃圾回收的时候，所有的线程都是在等待的。
• 可视化GC日志分析工具
  • 打印GC日志需要设置的参数
    • -XX:+PrintGC  输出GC日志
    • -XX:+PrintGCDetails 输出GC详细日志
    • -XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准形式）
    • -XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期形式 yyyyMMdd等）
    • -XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
• 如何设置jvm参数？
  • 根据数据量，预估 eden区一秒会创建多少对象。
  • eden区满时触发YGC时，s区能有多少存活的对象。
  • 老年代多久会被填满。
• 如何检查jvm运行情况？
  • 通过 jstat工具去分析jvm运行情况。
  • 主要观察ygc的频率，s区能否放得下。
  • 老年代几次ygc后会被填满。多久会触发一次ogc。
  • 当老年代满了以后，会触发一次FGC,(full GC)同时包含YGC/OGC/metaspaceGC,全员GC。
  • 压测，观察QPS,观察cpu
  • 如果gc过于频繁，说明堆内存设置不够。
• 项目中JVM是如何优化的？
  • 需要对自己生产环境的jvm进行分析。
  • 压测，每秒单机500并发。
  • 实际操作过才行！~
• 如何排查和处理线上系统的OOM问题？Out Of Memory
  • 内存溢出
  • 设置参数，一旦发生OOM时，导出内存快照。
  • 通过内存快照，找出占用内存过大的对象是谁，在哪些代码中。
• 流程图

  • 

• 补充：堆外内存(off-heap)
• 说说你对堆外内存的理解？
  • 通过堆外内存将数据发送出去。
  • 堆外内存的数据是jvm内存中拷贝出去的。
  • 如何使用堆外内存？
    • ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024)

• 堆外内存的优势是什么？
  • 可以把数据直接写入到堆外内存中去，可以在发送数据的时候减少一次拷贝。
• 堆外内存是如何进行分配和回收的？
  • DirectByteBuffer 从jvm堆内存中引用堆外内存。
    • 可以有多个DirectByteBuffer，去引用多个堆外内存。
  • 可以通过jvm参数设置你最大的堆外内存的大小
  • 如果去申请堆外内存时，剩余的内存空间已经够了，那么 ，会经历一次gc垃圾回收，回收掉那些没用的DirectByteBuffer，释放掉那些DirectByteBuffer引用的堆外内存。
  • 如果在尝试9次之后，还是没有堆外内存释放。那么抛出异常。
• 堆外内存会内存溢出吗？OOM
  • 会， 一直申请堆外内存，而没有堆外内存释放，在尝试9次以后，就会抛出oom异常。