前言

Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键，所以在面试Java岗的时候JVM几乎是必问的，所以今天我总结了24道JVM相对来说有代表性的面试题，希望对你有所帮助。

 

之前发过其他关于面试题的文章，然后有粉丝留言建议不要一开始就直接把答案贴出来，所以这篇文章我就先把题目放出来，答不出来的题可以翻一下放在后面的答案。

那话不多说，我们开始正题。

JVM 底层面试题

  • 说一下JVM的主要组成部分？及其作用？
  • 说一下JVM运行时数据区？
  • 队列和栈是什么？有什么区别？
  • 什么是双亲委派模型？
  • 说一下类装载的执行过程？
  • 怎么判断对象是否可以被回收？
  • Java 中都有哪些引用类型？
  • 说一下JVM有哪些垃圾回收算法？
  • 说一下JVM有哪些垃圾回收器？
  • 详细介绍一下CMS垃圾回收器？
  • 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么区别？
  • 简述分代垃圾回收器是怎么工作的？
  • 说一下JVM调优的工具？
  •  常用的JVM调优的参数都有哪些？
  • 怎么获取Java程序使用的内存？堆使用的百分比？
  • Java 中堆和栈有什么区别？
  • 你能保证GC执行吗？

JVM 底层与GC（Garbage Collection）的面试题

  • 64位JVM中，int的长度是多数？
  • Serial 与 Parallel GC 之间的不同之处？
  • 32位和64位的JVM，int类型变量的长度是多数？
  • Java中WeakReference与SoftReference的区别？
  • WeakHashMap是怎么工作的？
  • JVM 选项-XX:+UseCompressedOops有什么作用？ 为什么要使用？
  • 怎样通过Java程序来判断JVM是32位还是64位？
  • 32位JVM和64位JVM的最大堆内存分别是多数？
  • JRE、JDK、JVM及JIT之间有什么不同？

JVM底层面试题答案

１、说一下JVM的主要组成部分？及其作用？

class loader 类加载器：加载类文件到内存。Class loader只管加载，只要符合文件结构就加载，至于能否运行，它不负责，那是有Exectution Engine负责的。

exection engine ：执行引擎也叫解释器，负责解释命令，交由操作系统执行。

native interface：本地接口。本地接口的作用是融合不同的语言为java所用。

Runtimedata area 运行数据区：运行数据区是jvm的重点，我们所有所写的程序都被加载到这里，之后才开始运行。

stack：栈也叫栈内存，是java程序的运行区，是在线程创建时创建，它的生命周期跟随线程的生命周期，线程结束栈内存释放；对于栈来说不存在垃圾回收的问题，只要线程一结束，该栈就结束。栈中的数据以栈帧的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法和运行期数据的集合，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，执行完毕后，先弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧，遵循“先进后出”原则。

堆内存：一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类的加载器读取了类文件之后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分三部分：永久存储（用于存放jdk自身携带的class,interface的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载至此区域的数据是不会被垃圾回收掉的，只有关闭jvm释放此区域所占用的内存）区、新生区、老年代

method area方法区：方法去是被所有线程共享，该区域保存的所有字段和字节方法码以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。

PC Register 程序计数器：每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码，由执行引擎读取下一条指令

2、说一下JVM运行时数据区？

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：

程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；

Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；

本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；

Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；

方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

３、队列和栈是什么？有什么区别？

  • 队列和栈都是被用来预存储数据的。
  • 队列允许先进先出检索元素，但也有例外的情况，Deque 接口允许从两端检索元素。
  • 栈和队列很相似，但它运行对元素进行后进先出进行检索。

４、什么是双亲委派模型？

在介绍双亲委派模型之前先说下类加载器。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性，每一个类加载器，都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存，然后再转化为 class 对象。

类加载器分类：

  • 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；
  • 其他类加载器：
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库；
  • 应用程序类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

双亲委派模型：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载无法完成加载请求（它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类。

５、说一下类装载的执行过程？

类装载分为以下 5 个步骤：

  • 加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
  • 检查：检查加载的 class 文件的正确性；
  • 准备：给类中的静态变量分配内存空间；
  • 解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址；
  • 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

６、怎么判断对象是否可以被回收？

一般有两种方法来判断：

  • 引用计数器：为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1，当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题；
  • 可达性分析：从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的。

７、Java中都有哪些引用类型？

  • 强引用：发生 gc 的时候不会被回收。
  • 软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收。
  • 弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收。
  • 虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

８、说一下JVM有哪些垃圾回收算法？

  • 标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
  • 标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
  • 复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
  • 分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。

９、说一下JVM有哪些垃圾回收器？

  • Serial：最早的单线程串行垃圾回收器。
  • Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。
  • ParNew：是 Serial 的多线程版本。
  • Parallel 和 ParNew 收集器类似是多线程的，但 Parallel 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。
  • Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是复制的内存回收算法，Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。
  • CMS：一种以获得最短停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统。
  • G1：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK 9 以后的默认 GC 选项。

10、详细介绍一下CMS垃圾回收器？

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称，是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。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。
CMS 使用的是标记-清除的算法实现的，所以在 gc 的时候会产生大量的内存碎片，当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure，临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低。

11、新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么区别？

  • 新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
  • 老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
  • 整堆回收器：G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低；老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

12、简述分代垃圾回收器是怎么工作的？

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。

新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，它的执行流程如下：

  • 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区；
  • 清空 Eden 和 From Survivor 分区；
  • From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

13、说一下JVM调优的工具？

JDK 自带了很多监控工具，都位于 JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

  • jconsole：用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控；
  • jvisualvm：JDK 自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

14、常用的JVM调优的参数都有哪些？

XX比X的稳定性更差，并且版本更新不会进行通知和说明。

  • -Xms

s为strating，表示堆内存起始大小

  • -Xmx

x为max，表示最大的堆内存

（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

n为new，表示新生代大小

（-Xss：规定了每个线程虚拟机栈（堆栈）的大小）

  • -XX:SurvivorRator=8

表示堆内存中新生代、老年代和永久代的比为8:1:1

  • -XX:PretenureSizeThreshold=3145728

表示当创建（new）的对象大于3M的时候直接进入老年代

  • -XX:MaxTenuringThreshold=15

表示当对象的存活的年龄（minor gc一次加1）大于多少时，进入老年代

  • -XX:-DisableExplicirGC

表示是否（+表示是，-表示否）打开GC日志

15、你能保证GC执行吗？

不能，虽然你可以调用 System.gc() 或者 Runtime.gc()，但是没有办法保证 GC 的执行。

16、怎么获取Java程序使用的内存？堆使用的百分比？

可以通过 java.lang.Runtime 类中与内存相关方法来获取剩余的内存，总内存及 最大堆内存。

通过这些方法你也可以获取到堆使用的百分比及堆内存的剩余空间。 Runtime.freeMemory() 方法返回剩余空间的字节数，Runtime.totalMemory() 方法总内存的字节数，Runtime.maxMemory() 返回最大内存的字节数。

17、Java中堆和栈有什么区别？

JVM 中堆和栈属于不同的内存区域，使用目的也不同。栈常用于保存方法帧和局 部变量，而对象总是在堆上分配。

栈通常都比堆小，也不会在多个线程之间共享， 而堆被整个 JVM 的所有线程共享。

JVM 底层 与 GC（Garbage Collection）的面试题答案

１、64 位JVM中，int的长度是多数？

Java 中，int 类型变量的长度是一个固定值，与平台无关，都是 32 位。意思就 是说，在 32 位 和 64 位 的 Java 虚拟机中，int 类型的长度是相同的。

２、Serial与Parallel GC之间的不同之处？

Serial 与 Parallel 在 GC 执行的时候都会引起 stop-the-world。

它们之间主要 不同 serial 收集器是默认的复制收集器，执行 GC 的时候只有一个线程，而 parallel 收集器使用多个 GC 线程来执行。

３、32位和64位的JVM，int类型变量的长度是多数？

32 位和 64 位的 JVM 中，int 类型变量的长度是相同的，都是 32 位或者 4 个字节。

4、Java中WeakReference与SoftReference的区别？

虽然 WeakReference 与 SoftReference 都有利于提高 GC 和 内存的效率， 但是 WeakReference ，一旦失去最后一个强引用，就会被 GC 回收，而软引用 虽然不能阻止被回收，但是可以延迟到 JVM 内存不足的时候。

５、WeakHashMap是怎么工作的？

WeakHashMap 的工作与正常的 HashMap 类似，但是使用弱引用作为 key， 意思就是当 key 对象没有任何引用时，key/value 将会被回收。

６、JVM选项-XX:+UseCompressedOops有什么作用？ 为什么要使用？

当你将你的应用从 32 位的 JVM 迁移到 64 位的 JVM 时，由于对象的指针从 32 位增加到了 64 位，因此堆内存会突然增加，差不多要翻倍。

这也会对 CPU 缓存（容量比内存小很多）的数据产生不利的影响。因为，迁移到 64 位的 JVM 主要动机在于可以指定最大堆大小，通过压缩 OOP 可以节省一定的内存。通过 -XX:+UseCompressedOops 选项，JVM 会使用 32 位的 OOP，而不是 64 位 的 OOP。

7、怎样通过Java程序来判断JVM是32位 还是64位？

你可以检查某些系统属性如 sun.arch.data.model 或 os.arch 来获取该信息。

８、32位JVM和64位JVM的最大堆内存分别是多数？

理论上说上 32 位的 JVM 堆内存可以到达 2^32，即 4GB，但实际上会比这个 小很多。不同操作系统之间不同，如 Windows 系统大约 1.5 GB，Solaris 大约 3GB。

64 位 JVM 允许指定最大的堆内存，理论上可以达到 2^64，这是一个非 常大的数字，实际上你可以指定堆内存大小到 100GB。甚至有的 JVM，如 Azul， 堆内存到 1000G 都是可能的。

9、JRE、JDK、JVM 及JIT之间有什么不同？

JRE 代表 Java 运行时（Java run-time），是运行 Java 引用所必须的。JDK 代 表 Java 开发工具（Java development kit），是 Java 程序的开发工具，如 Java 编译器，它也包含 JRE。JVM 代表 Java 虚拟机（Java virtual machine），它 的责任是运行 Java 应用。

JIT 代表即时编译（Just In Time compilation），当 代码执行的次数超过一定的阈值时，会将 Java 字节码转换为本地代码，如，主 要的热点代码会被转换为本地代码，这样有利大幅度提高 Java 应用的性能。

这些题你答对了几道呢，正确率不高的同学也别沮丧，我整理了一些关于虚拟机的电子书资料，只要好好消化这些资料，再也不怕面试官问到这块的问题。

 

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