JVM

一、JVM内存区域

1、运行时数据区域

线程私有： 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
线程共享： 堆、方法区、直接内存（非运行时数据区的一部分）
JDK 1.8同JDK 1.7比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

1、程序计数器

2、java虚拟机栈

Q：栈可能出现的两种错误

3、本地方法栈

4、堆

Q：堆中会出现的错误

Q：堆中对象的分配过程

1. new 的对象先放在 Eden 区，大小有限制。
2. 如果创建新对象时，Eden 空间填满了，就会触发 Minor GC，将 Eden 不再被其他对象引用的对象进行销毁，再加载新的对象放到 Eden 区，特别注意的是 Survivor 区满了是不会触发 Minor GC 的，而是 Eden 空间填满了，Minor GC 才顺便清理 Survivor 区。
3. 将 Eden 中剩余的对象移到 Survivor0 区。
4. 再次触发垃圾回收，此时上次 Survivor 下来的，放在 Survivor0 区的，如果没有回收，就会放到 Survivor1 区。
5. 再次经历垃圾回收，又会将幸存者重新放回 Survivor0 区，依次类推。
6. 默认是 15 次的循环，超过 15 次，则会将幸存者区幸存下来的转去老年区，jvm 参数设置次数 : -XX:MaxTenuringThreshold=N 进行设置。
7. 频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不在永久区/元空间搜集。

5、方法区

Q：堆和栈的区别？

2、为什么要将永久代（PermGen）替换为元空间（MetaSpace）呢？

１、方法区的常用参数有？

２、运行时常量池

３、字符串常量池

4、jdk1.7 为什么将字符串常量池移到堆中？

5、直接内存

3、对象创建过程

①类加载（判断类是否被加载、解析、初始化过） --> ②分配内存（分配内存的方式） --> ③初始化零值 --> ④设置对象头 --> ⑤执行init方法

Q：JVM创建对象，如何保证线程安全性？

• 采用 CAS分配重试 的方式来保证更新操作的原子性。
• 每个线程 在Java堆中预先分配一小块内存 ，也就是本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），要分配内存的线程，先在本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。

4、Java内存分配方式

5、Java对象内存布局

Q：对象怎么访问定位？

HotSpot虚拟机主要使用 直接指针 来进行对象访问。

6、JVM中对象及常量、局部变量、全局变量的存储位置

• 局部变量
  基本数据类型：变量名和变量值存储在 方法栈 中。
  引用数据类型：变量值存储在 方法栈 中（存储的是堆中对象的内存地址），所指向的对象是存储在堆内存中（如new出来的对象）。

• 全局变量
  基本数据类型：变量名和变量值存储在 堆 内存中。
  引用数据类型：变量名存储的是所引用对象的内存地址，变量名和变量值存储在 堆 内存中。

7、Java虚拟机的生命周期

Java虚拟机：执行Java程序。程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。你在同一台机器上运行三个程序，就会有三个运行中的Java虚拟机。Java虚拟机总是开始于一个main()方法，这个方法必须是公有、返回void、只接受一个字符串数组。在程序执行时，你必须给Java虚拟机指明这个包或main()方法的类名。 Main()方法是程序的起点，它被执行的线程初始化为程序的初始线程。程序中其他的线程都由它来启动。Java中的线程分为两种：守护线程（daemon）和普通线程（non-daemon）。守护线程是Java虚拟机自己使用的线程，比如负责垃圾收集GC的线程就是一个守护线程。当然，你也可以把自己的程序用setDeamon设置为守护线程。包含Main()方法的初始线程不是守护线程。只要Java虚拟机中还有普通的线程在执行，Java虚拟机就不会停止。如果有足够的权限，你可以调用exit()方法终止程序。

二、JVM 垃圾回收

1、对象死亡的判断方法

2、哪些对象可以作为GC Roots 呢？

3、常见的引用类型（强软弱虚）

Q：如何判断一个常量是废弃变量？如何判断一个类是无用的类？

4、垃圾回收算法

5、垃圾回收器

注意：

1. 注重吞吐量以及CPU资源情况下，优先选用Parallel Scavenge和Parallel Old收集器。
2. CMS全称Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器。
3. G1（garbage frist）优先回收垃圾存放最多的分区，垃圾回收暂停时间短，同时也能维持较好的吞吐量，还解决了CMS的浮动垃圾问题、内存碎片问题。
4. 吞吐量：CPU用于运行代码的时间与CPU总消耗时间的比值。

CMS收集器

G1

Q：有了CMS，为什么还要引入G1？

优点： CMS最主要的优点在名字上已经体现出来——并发收集、低停顿。
缺点： CMS同样有三个明显的缺点。

1. 标记算法会导致内存碎片比较多。
2. CMS的并发能力比较依赖于CPU资源，并发回收时垃圾收集线程可能会抢占用户线程的资源，导致用户程序性能下降。
3. 并发清除阶段，用户线程依然在运行，会产生所谓的“浮动垃圾”（Floating Garbage），本次垃圾收集无法处理浮动垃圾，必须到下一次垃圾收集才能处理。如果浮动垃圾太多，会触发新的垃圾回收，导致性能降低。
   G1主要解决了内存碎片过多的问题。

Q：垃圾回收器负责的3个任务

①分配内存；②确保被引用对象的内存不被错误的回收；③回收不在被引用的对象的内存空间。

6、Minor GC/Young GC、Major GC/Old GC、Mixed GC、Full GC 都是什么意思？

• 部分收集 （Partial GC）： 指目标不是完整收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：

1、新生代收集（Minor GC/Young GC）：指目标只是新生代的垃圾收集。当Eden区没有足够的空间时，就会触发Young GC来清理新生代。
2、老年代收集（Major GC/Old GC）：指目标只是老年代的垃圾收集。目前只有CMS收集器会有单独收集老年代的行为。
3、混合收集（Mixed GC）：指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1收集器会有这种行为。

• 整堆收集（Full GC）： 收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。

Q：Minor GC的触发条件？

① eden区满的时候，会触发Minor GC。
② 新创建的对象大小大于Eden区所剩下的空间大小时，会触发Minor GC。

Q：什么时候会触发Full GC ？

Q：对象什么时候进入老年代？

• 长期存活的对象将进入老年代
  在对象的对象头信息中存储着对象的迭代年龄，迭代年龄会在每次YoungGC之后对象的移区操作中增加，每一次移区年龄加一。当这个年龄达到15（默认）后，这个对象将会被移入老年代。
  可以通过这个参数设置这个年龄值。-XX:MaxTenuringThreshold
• 大对象直接进入老年代
  有一些占用大量连续内存空间的对象在被加载就会直接进入老年代。这样的大对象一般是一些数组,长字符串之类的。
  HotSpot虚拟机提供了这个参数来设置。-XX:PretenureSizeThreshold
• 动态对象年龄判定
  为了能更好地适应不同程序的内存状况，HotSpot虚拟机并不是永远要求对象的年龄必须达到-XX:MaxTenuringThreshold才能晋升老年代，如果在 Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。
• 空间分配担保
  假如在Young GC之后，新生代仍然有大量对象存活，就需要老年代进行分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接送入老年代。

三、类加载过程

1、类的生命周期

2、类加载过程

一个非数组类的加载阶段（加载阶段获取类的二进制字节流的动作）是可控性最强的阶段，这一步我们可以去自定义类加载器去控制字节流的获取方式（重写一个类加载器的loadclass()方法)。数组类型不通过类加载器创建，它由Java虚拟机直接创建。
所有的类都由类加载器加载，加载的作用就是将.class文件加载到内存。

1、加载

2、验证

3、准备

4、解析

5、初始化

Q：初始化开始的时机

6、卸载

注意： 接口加载过程与类加载过程稍有不同。当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，当真正用到父接口的时候才会初始化。

3、Java中的类加载器

JVM类加载器分为两类：JVM自带的类加载器和自定义类加载器。

Q：为什么要自定义类加载器？

① 隔离加载类；② 修改类加载的方式；③ 扩展加载源；④ 防止源码泄漏。

Q：如何实现自定义类加载器？

继承抽象类java.lang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器。

4、双亲委派模型

每一个类都有一个对应它的类加载器。系统中的ClassLoader在协同工作的时候会默认使用双亲委派模型。即在类加载的时候，系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回，否则才会尝试加载。加载的时候，首先会把该请求委派给父类加载器的loadClass()处理，因此所有的请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器BootstrapClassLoader中。当父类加载器无法处理时，才由自己来处理。当父类加载器为null时，会使用启动类加载器BootstrapClassLoader作为父类加载器。

Q：双亲委派模型实现步骤？

①首先判断该类是否已经被加载；
②该类未被加载，同时父类不为空，交给父类加载；
③如果父类为空，交给启动类加载器Bootstrap ClassLoader加载；
④如果类还是无法被加载到，则触发findclass，抛出ClassNotFoundException（findclass这个方法当前只有一个语句，就是抛出ClassNotFoundException），如果想自己实现类加载器的话，可以继承ClassLoader后重写findclass方法，加载对应的类）。

Q：双亲委派模型的好处？

双亲委派模型 保证了Java程序的稳定运行，可以避免类的重复加载（JVM区分不同类的方式不仅仅根据类名，相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类★★★)，也保证了Java的核心API不被篡改。如果没有使用双亲委派模型，而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题，比如我们编写一个称为 java.lang.Object类的话，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的Object类。

Q：如何判断两个Class对象是否是一个类？

在JVM中表示两个Class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

• 类的 完整类名必须一致 ，包括包名。
• 加载这个类的类加载器 ClassLoader （指ClassLoader实例对象）必须相同。

换句话说，在JVM中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个Class文件,被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。

Q：不想使用双亲委派模型怎么解决？

自定义加载器的话，需要继承ClassLoader。如果我们 不想打破双亲委派模型 ，就重写ClassLoader类中的findclass()方法即可，无法被父类加载器加载的类最终会通过这个方法被加载。但是，如果 想打破双亲委派模型 则需要重写loadClass()方法。

Q：3次打破双亲委派机制的案例？

• 第一次破坏
  第一次被破坏发生在双亲委派模型出现之前——即JDK 1.2之前。
• 第二次破坏
  第二次被破坏是由这个模型自身的缺陷导致的，如果有基础类型又要调用回用户的代码，那该怎么办呢？如JDBC。
• 第三次破坏
  第三次被破坏是由于用户对程序动态性的追求而导致的，例如代码热替换（Hot Swap）、模块热部署（Hot Deployment）等。

Q：如何实现热部署？

想要实现热部署可以分以下三个步骤：

1. 销毁原来的自定义ClassLoader
2. 更新class类文件
3. 创建新的ClassLoader去加载更新后的class类文件。
   到此，一个热部署的功能就这样实现了。

5、Tomcat的类加载机制？

Tomcat破坏了双亲委派原则，提供隔离的机制，为每个web容器单独提供一个WebAppClassLoader加载器。每一个WebAppClassLoader负责加载本身的目录下的class文件，加载不到时再交给CommonClassLoader加载，这和双亲委派刚好相反。

四、JVM调优参数

五、JVM调优

1、常用的命令行性能监控和故障处理工具？

• 操作系统工具
  top：显示系统整体资源使用情况。
  vmstat：监控内存和 CPU。
  iostat：监控 IO 使用。
  netstat：监控网络使用。
• JDK性能监控工具
  jps：虚拟机进程查看。
  jstat：虚拟机运行时信息查看。
  jinfo：虚拟机配置查看。
  jmap：内存映像（导出）。
  jhat：堆转储快照分析。
  jstack：Java 堆栈跟踪。
  jcmd：实现上面除了jstat外所有命令的功能。

2、JVM可视化的性能监控和故障处理工具有？

JConsole、VisualVM、Java Mission Control（前3个为JDK自带）、MAT（Java堆内存分析工具）、GChisto（GC日志分析工具）、GCViewer（GC日志分析工具）、JProfiler（性能分析工具）、arthas（阿里开源诊断工具）

3、线上服务CPU占用过高怎么排查？

问题分析：CPU高一定是某个程序长期占用了CPU资源。

1. 先找出是哪个进程占用CPU高：top 列出系统各个进程的资源占用情况。
2. 然后根据找到对应进程里哪个线程占用CPU高：top -Hp 进程id 列出对应进程里面的线程占用资源情况。
3. 找到对应线程id后，再打印出对应线程的堆栈信息：
   printf "%x\n" PID 把线程id转换为16进制。
   jstack PID 打印出进程的所有线程信息，从打印出来的线程信息中找到上一步转换为16进制的线程id对应的线程信息。
4. 最后根据线程的堆栈信息定位到具体业务方法，从代码逻辑中找到问题所在。
   查看是否有线程长时间的watting或blocked，如果线程长期处于watting状态下，关注watting on xxxxxx，说明线程在等待这把锁，然后根据锁的地址找到持有锁的线程。

4、内存飙升怎么排查？

分析：内存飚高如果是发生在java进程上，一般是因为创建了大量对象所导致，持续飚高说明垃圾回收跟不上对象创建的速度，或者内存泄露导致对象无法回收。

1. 先观察垃圾回收的情况
   jstat -gc PID 1000 查看GC次数、时间等信息，每隔一秒打印一次。
   jmap -histo PID | head -20 查看堆内存占用空间最大的前20个对象类型，可初步查看是哪个对象占用了内存。
   如果每次GC次数频繁，而且每次回收的内存空间也正常，那说明是因为对象创建速度快导致内存一直占用很高；如果每次回收的内存非常少，那么很可能是因为内存泄露导致内存一直无法被回收。
2. 导出堆内存文件快照
   jmap -dump:live,format=b,file=/home/myheapdump.hprof PID dump 堆内存信息到文件。
3. 使用visualVM对dump文件进行离线分析，找到占用内存高的对象，再找到创建该对象的业务代码位置，从代码和业务场景中定位具体问题。

5、频繁的年轻代垃圾回收怎么办？

优化Minor GC频繁问题：通常情况下，由于新生代空间较小，Eden区很快被填满，就会导致频繁Minor GC，因此可以通过 增大新生代空间-Xmn来降低 Minor GC的频率 。

6、频繁的整堆垃圾回收（full GC）怎么办？

Full GC的排查思路大概如下：
1. 清楚从程序角度，有哪些原因导致full GC？
· 大对象：系统一次性加载了过多数据到内存中（比如SQL查询未做分页），导致大对象进入了老年代。
· 内存泄漏：频繁创建了大量对象，但是无法被回收（比如IO对象使用完后未调用close方法释放资源），先引发full GC，最后导致OOM.
· 程序频繁生成一些长生命周期的对象，当这些对象的存活年龄超过分代年龄时便会进入老年代，最后引发full GC。
· 程序BUG
· 代码中显式调用了gc方法，包括自己的代码甚至框架中的代码。
· JVM参数设置问题：包括总内存大小、新生代和老年代的大小、Eden区和S区的大小、元空间大小、垃圾回收算法等等。

2. 清楚排查问题时能使用哪些工具？
JDK 的自带工具，包括jmap、jstat等常用命令：

# 查看堆内存各区域的使用率以及GC情况
jstat -gcutil -h20 pid 1000
# 查看堆内存中的存活对象，并按空间排序
jmap -histo pid | head -n20
# dump堆内存文件
jmap -dump:format=b,file=heap pid

可视化的堆内存分析工具：JVisualVM、MAT等

3. 排查指南
· 查看监控，以了解出现问题的时间点以及当前full GC的频率（可对比正常情况看频率是否正常）
· 了解该时间点之前有没有程序上线、基础组件升级等情况。
· 了解JVM的参数设置，包括：堆空间各个区域的大小设置，新生代和老年代分别采用了哪些垃圾收集器，然后分析JVM参数设置是否合理。
· 再对步骤1中列出的可能原因做排除法，其中元空间被打满、内存泄漏、代码显式调用gc方法比较容易排查。
· 针对大对象或者长生命周期对象导致的full GC，可通过 jmap -histo 命令并结合dump堆内存文件作进一步分析，需要先定位到可疑对象。
· 通过可疑对象定位到具体代码再次分析，这时候要结合GC原理和JVM参数设置，弄清楚可疑对象是否满足了进入到老年代的条件才能下结论。

7、内存泄漏和内存溢出如何排查？

内存泄漏是内在病源，外在病症表现可能有：（内存泄漏可能导致内存溢出，排查步骤和内存泄漏类似）

• 应用程序长时间连续运行时性能严重下降。
• CPU使用率飙升，甚至到100% 。
• 频繁Full GC，各种报警，例如接口超时报警等。
• 应用程序抛出OutOfMemoryError错误。
• 应用程序偶尔会耗尽连接对象。

严重内存泄漏往往伴随频繁的Full GC，所以分析排查内存泄漏问题首先还得从查看Full GC入手。主要有以下操作步骤：

1. 使用 jps 查看运行的 Java 进程 ID
2. 使用 top -p [pid] 查看进程使用 CPU 和 MEM 的情况
3. 使用 top -Hp [pid] 查看进程下的所有线程占 CPU 和 MEM 的情况
4. 将线程 ID 转换为 16 进制：printf "%x\n" [pid]，输出的值就是线程栈信息中的 nid。
5. 抓取线程栈：jstack 29452 > 29452.txt，可以多抓几次做个对比。
6. 使用 jstat -gcutil [pid] 5000 10 每隔 5 秒输出 GC 信息，输出 10 次，查看 YGC 和 Full GC 次数。通常会出现 YGC 不增加或增加缓慢，而 Full GC 增加很快。或使用 jstat -gccause [pid] 5000 ，同样是输出 GC 摘要信息。或使用 jmap -heap [pid] 查看堆的摘要信息，关注老年代内存使用是否达到阀值，若达到阀值就会执行 Full GC。
7. 如果发现 Full GC 次数太多，就很大概率存在内存泄漏了
8. 使用 jmap -histo:live [pid] 输出每个类的对象数量，内存大小(字节单位)及全限定类名。
9. 生成 dump 文件，借助工具分析哪个对象非常多，基本就能定位到问题在那了。
10. dump 文件分析
    可以使用 jhat 命令分析：jhat -port 8000 29471.dump，浏览器访问 jhat 服务，端口是 8000。或使用第三方式具分析的，如 JProfiler 也是个图形化工具，GCViewer 工具。Eclipse 或以使用 MAT 工具查看。或使用在线分析平台 GCEasy。
11. 在 dump 文析结果中查找存在大量的对象，再查对其的引用。