JVM Java虚拟机相关基础知识问答

2019-10-10 本文已影响0人京酱玫瑰

1. 什么情况下会产生栈溢出错误？

首先要明白什么是栈：栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同，每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用来存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。局部变量表包含基本数据类型和对象引用类型。
产生栈溢出的错误主要原因有以下几种：
线程请求的栈深度超过虚拟机所允许的最大深度。方法的递归调用可能产生这种结果。（旧式虚拟机），此时异常为StackoverflowError。
现在的虚拟机已经不会再有这种问题，虚拟机栈已经实现了动态扩展，并且扩展的动作已经尝试过，但是无法申请到足够的内存去完成扩展，或者新线程建立时没有足够内存区创建对应的栈，那么会抛出异常OutOfMemoryError（线程启动过多。）

2. JVM的内存模型

JVM内存结构分为五个区域，三块是线程私有，两块是线程公用。
线程私有：程序计数器（当前线程所执行的字节码的行号指示器），虚拟机栈（存放基本数据类型，对象的引用，方法出口等），本地方法栈（服务于本地方法，和虚拟栈相似）
线程共享：堆区（java内存最大的一块，所有对象实例，数组都存在堆区，也是GC回收的地方），
方法区（存放已经被加载的类信息，常量，静态变量，代码数据等），也被称为永久代，此区域回收目标主要是常量池的回收和类型卸载。

3.JVM内存如何分代与分区？如何配置参数？

如上面的问题所示，JVM的内存模型中，共享内存有堆+方法区（方法区加其他内容一起也被称为永久代）。
Java堆内存中分为新生代和老年代，这两代的内存分配和回收策略都不同。默认设置中，新生代和老年代的内存比例为1：2，可以通过参数-XX:NewRatio配置
新生代分为一个Edon区和两个Survivor区，默认内存比例为8：1：1，参数配置可使用 -XX:SurvivorRatio。
Survivor区中对象被复制次数为15，存活到第16次的对象可被移到老年代，可使用 -XX:+MaxTenuringThreshold来配置。

4. GC的类型和触发？

针对 HotSpot JVM 而言，GC分为minor GC和 major GC（full GC和major GC等价），触发频率和触发条件都不同。其中，minor GC是发生于新生代中的，触发条件是当Edon区空间填满，此时GC回收新生代中的内存，同时把存活对象移到S区。minor GC触发非常频繁。而当老年代空间填满之后，会触发major GC，major GC会清理整个内存堆，包括新生代和老年代，所以它的耗时长，而且触发频率往往是minor GC的十分之一。
（例外：在parallel scavenge框架下，默认是在进行major GC之前都一定要触发一次minor GC，可以减少全回收的工作量）
此外，还有当System.gc()被显式调用的时候，也会触发Full GC。
上一次GC之后Heap各区域的分配策略动态变化也可能会导致Full GC。

5. JVM新生代为什么设置Survivor区？

JVM新生代中有两个Survivor区，各占新生代内存的10%，这样是因为：如果不设置S区，每次进行一次minor GC之后，存活的对象直接移到老年代，那么就很容易把老年代填满，从而触发major GC。而老年代的内存空间比新生代大很多，一次full GC耗时也更长，所以需要在新生代对象和老年代之间设置缓冲区。
S区存在的意义就是减少被送到老年代的对象，默认规定只有在新生代经过16次minor GC还存活的对象才会被送老年代。

6. JVM新生代为什么设置两个S区？

两个S区的设置可以解决碎片化的问题。在每一次minor GC过后，Edon区清空，存活的对象移到第一片S区S0，等到Eden再次填满触发GC，Eden和S0中存活的对象会一起被复制进S1。这样就可以保证存活对象占用连续内存空间。

7. JVM中GC调优指标？

GC的实现目标是：准确，高效，低停顿，以及空闲内存规整（少碎片化）。
GC的优化主要看两个参数：响应时间和吞吐量。
响应时间是指应用对请求的响应时间，如一个桌面应用对时间的响应时间，网站返回页面的时间或数据库查询结果返回的时间。对于专注最小响应时间的应用，不能接受长时间的停顿。
吞吐量是应用在一段时间的最大工作量，比如说在给定时间内完成的事务数，每小时能够完成的任务，每小时数据库可完成的查询操作等。对于专注吞吐量的应用而言，稍长时间等待是可以接受的。

8. GC中如何判断对象是否存活？

早期的内存回收策略是引用计数法，在这种方法中，每个对象实例都有一个引用计数，当对象被其他对象引用的时候计数+1，当对象被设置新值或引用超过生命周期时，引用计数-1，任何引用计数为0的对象可以被当做垃圾收集。而当一个对象被内存回收时，它引用的其他对象计数也应-1。
引用计数法直观比较好理解，优点是执行很快，且可穿插在程序运行中，不会造成打断，但问题是无法解决对象之间循环引用的问题，就算二者同被赋值为空，也不能回收，所以被废弃。
后期内存回收策略主要采用可达性分析法，这是从一个节点GC ROOT开始，在引用关系图中根据连线搜索所有可达到的其他节点，整个搜索所走过的路径被称为引用链，当一个对象不存在于到GC ROOT的引用链，就被认为不可达，而不可达的节点被判定为可回收对象。
可以作为GC ROOT节点的节点有以下几种：
虚拟机栈引用的对象。
方法区中静态类型引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI引用的对象。
可以看出，能作为GC ROOT的节点需要是在对象图之外被特别定义的，不可能被对象图内的对象循环引用，所以也就解决了交叉引用的问题。

9. 对象如何被确认标记死亡？

在可达性分析算法中不可达的对象，并不一定会被回收，因为对象要真正被宣告死亡，至少经历两次标记的过程：第一次标记是对象可达性分析后发现没有与GC ROOT相连的引用链，那么它会被第一次标记并且筛选。
筛选的条件是执行finalize()方法。
finalize方法需要用户指明，且对象之前没有调用过，则对象并不会在本次内存回收中被清理，而是会等到下一次再回收。

10. 为什么内存回收要有finalize()方法？

因为在一些特殊情况下，垃圾回收器不能处理，无法识别特殊内存区域。所以java允许自定义一个finalize方法来释放出这部分内存空间。这些特殊的内存区域可能是：native method中调用了C或C++的方法分配内存空间，或者是文件资源这些不属于内存回收器的回收范围。
由于java中没有“析构”函数，所以在做特殊清理时，需要手工创建一个清理工作的普通方法。一个例子：如果程序中某对象打印内容到屏幕上，被GC清理的时候并不会自动擦除，这时需要在本轮调用自定义的finalize方法来手动清除这个图像。而真正的对象则会在下一轮清理。

11. Java中的引用？

无论在引用计数法还是可达性分析中，判断对象存活与否都离不开判断对象的引用。在Java中，对象的引用分为强引用，软引用，弱引用，虚引用四种，这四种引用强度依次减弱。
判断对象生存与否仅基于强引用。
强引用：普遍的正常引用，类似 Object obj = new Object() 这类引用，只要强引用还存在，就不会被回收。
软引用：一些有用但并非必须的对象。在系统内存占满时，会回收这些对象，之后如果还是没有足够的内存才会抛出内存溢出异常。
弱引用：强度比软引用还要弱一些，这些对象只会生存到下一次GC之前，无论当前内存是否足够，都会回收。
虚引用：是最弱的引用关系，对象是否有虚引用完全不影响对象的生存时间，也不能获得对象实例。虚引用存在的意义就是在对象被回收的时候得到一个系统通知。

12. 方法区什么可被回收，如何判断是否需要回收？

如上文所述，方法区中回收的对象主要是废弃常量和无用的类。对于废弃常量，可以用引用可达性判断，但对于无用的类，需要满足三个条件：
该类所有实例都被回收，在堆区不存在任何该类的实例；
加载类的ClassLoader也已经被回收；
该类对应的java.lang.Class对象已经没在任何地方被引用。

13. JVM的垃圾收集算法？

标记清除算法：是最基础的内存回收算法，分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。标记阶段会标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就回收被标记的内存。该算法的优点是：实现容易，不需开辟新的内存空间，不需移动对象，响应快，但是一个严重的问题是会产生很多的内存碎片，可能导致无法找到一块完整的内存区域存放大的对象而频繁GC。
复制算法：为了解决标记清除法的碎片化问题，就产生了复制算法。复制算法把可用内存分为两份，每次只用其中一块，当一块用完后就把存活的对象复制到另一块上去，再一次性清理掉已使用的空间。该算法的优点是：不产生碎片内存，缺点是可使用的内存变为原来的一半，而且复制算法的效率与存活对象的多少有很大关系，如果存活对象较多，则效率大大降低。
标记整理算法：是一种融合算法，该算法标记阶段和标记清除算法一样，标记出所有需要回收的对象，但是完成标记后，先不进行清理，而是把存活对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。它的成本比标记清除算法更高，但是解决了碎片化问题，效率也比复制算法高。
标记类算法不需要停止程序（stop-the-world）但是复制类算法需要。

14. JVM中的垃圾收集是按照什么规则进行的？

GC的原则是：分代收集，因为新生代每次垃圾回收都有大量的对象被回收，而老年代只有很少的对象被回收，在不同代的回收策略应该不同。
目前大部分新生代的垃圾收集器采用的都是复制算法。也就是一大块Eden区和两块Survivor区（S0，S1），在每次触发minor GC的时候采用复制的方式回收Eden区和一块S区的内存，复制到另一块空闲的S区上。
而老年代采用的多为标记整理类法，（CMS采用的标记清除类算法）因为老年代存活率高，每次回收的内存不多，而且回收频率远低于新生代。