Java面试题--JVM大厂篇之JVM 大厂面试题及答案解析（2）

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2. Java 虚拟机（JVM）专栏系列：深入剖析 JVM 的工作原理和优化方法。
3. Java 技术栈专栏系列：全面涵盖 Java 相关的各种技术。
4. Java 学习路线专栏系列：为不同阶段的学习者规划清晰的学习路径。
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Java面试题--JVM大厂篇之JVM 大厂面试题及答案解析（2）

引言：
正文:
- 十一、滴滴
- - 11.1 什么是 JVM 的内存泄漏和内存溢出？有何区别？
  - 11.2 JVM 如何进行类的卸载？
- 十二、快手
- - 12.1 JVM 的垃圾回收器如何选择？
  - 12.2 如何监控 JVM 的性能？
- 十三、360
- - 13.1 JVM 的栈内存和堆内存有何差异？
  - 13.2 JVM 如何优化字符串常量的存储？
- 十四、新浪
- - 14.1 什么是 JVM 的类的初始化顺序？
  - 14.2 JVM 如何处理异常抛出？
- 十五、搜狐
- - 15.1 JVM 的堆内存调优有哪些方法？
  - 15.2 JVM 如何处理死锁？
- 十六、字节跳动（续）
- - 16.1 JVM 的方法区在不同 JDK 版本中有何变化？
  - 16.2 JVM 如何实现跨平台？
- 十七、阿里巴巴（续）
- - 17.1 JVM 中对象在堆上的分配过程怎样？
  - 17.2 JVM 如何优化对象创建与销毁？
- 十八、腾讯（续）
- - 18.1 JVM 的堆外内存是什么？如何使用？
  - 18.2 JVM 如何进行内存诊断？
- 十九、百度（续）
- - 19.1 JVM 的垃圾回收器如何分代回收？
  - 19.2 JVM 如何处理大对象？
- 二十、美团（续）
- - 20.1 JVM 类加载过程如何保障安全？
  - 20.2 JVM 如何进行性能调优的监控和分析？
结束语：

引言：

在 Java 开发的广阔天地中，JVM（Java Virtual Machine）宛如一座神秘且强大的技术宝藏。想象一下，在一个高并发的电商交易平台中，每秒钟都有成千上万笔订单的处理，JVM 的性能直接决定了交易的顺畅与否；又或者在一个处理海量数据的大数据分析系统里，JVM 对内存的高效管理和资源分配成为了决定计算速度和结果准确性的关键因素。对于立志在大厂施展才华的开发者而言，深度掌握 JVM 知识乃是通向成功的关键阶梯。昨日已为您呈上精彩的 JVM 面试题解析，今日继续为您带来新的一组来自大厂的 JVM 面试题《Java面试题–JVM大厂篇之JVM 大厂面试题及答案解析（1）》，助您在技术进阶之路上稳步前行。

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正文:

JVM 作为 Java 程序运行的核心，其内部机制和特性对于开发高质量的应用至关重要。以下是各大厂的 JVM 面试题及解析。

十一、滴滴

11.1 什么是 JVM 的内存泄漏和内存溢出？有何区别？

答案： 内存泄漏指程序中已分配内存因特定原因无法释放，致可用内存渐少；内存溢出是程序申请内存时无足够空间可供分配。例如，若某些对象因错误被长期持有引用无法被垃圾回收器回收则为内存泄漏；而当程序不断申请大量内存且不释放，最终可能导致内存溢出。可通过合理管理对象引用和及时释放资源来避免内存泄漏，同时根据应用实际需求调整内存大小以防止内存溢出。
解析： 内存泄漏常因程序错误致使某些对象持续被引用，无法被垃圾回收器回收。比如下面这段代码，一个对象被意外地长期持有引用，导致无法被垃圾回收器回收，这就是内存泄漏的一种情况。public class MemoryLeakExample { private static List leakedObjects = new ArrayList<>(); public static void main(String[] args) { while (true) { Object obj = new Object(); leakedObjects.add(obj); } } }。内存溢出可能源于申请内存过大，或内存泄漏积累致可用内存不足。假设一个应用程序在运行过程中，不断地创建大量的对象且不释放内存，当已分配的内存达到 90% 以上时，就很可能出现内存溢出的情况。
为了更直观地理解内存泄漏和溢出，我们可以想象一个水池，内存泄漏就像是水池中的一个漏洞，水不断地流出但没有被察觉，最终导致水池中的水越来越少；而内存溢出则是当我们不断往水池中注水，超过了水池的容量，水就会溢出。

11.2 JVM 如何进行类的卸载？

答案： 当一个类的所有实例均被回收，加载此类的类加载器也被回收，且无任何地方引用该类时，此类别可被卸载。例如，在一个长时间运行的服务器应用中，如果某个类在一段时间内没有被使用，并且满足上述卸载条件，JVM 就会将其卸载，释放大约几百 KB 的内存空间，提高内存的利用率。可通过优化代码结构，减少不必要的类加载，以提高类卸载的效率。
解析： JVM 的类加载机制灵活，类运行时可加载，满足特定条件亦可卸载，以释放内存资源。

十二、快手

12.1 JVM 的垃圾回收器如何选择？

答案： 选择垃圾回收器需考虑以下因素：若对吞吐量要求高，可选并行回收器；对响应时间要求高，则可选择 CMS 或 G1 回收器；同时要结合应用的内存大小等实际情况进行抉择。例如，若对响应时间要求高，可选择 G1 回收器。在启动 Java 程序时，可以通过添加参数-XX:+UseG1GC来启用 G1 回收器。还可根据应用的具体特点进行性能测试，以确定最适合的垃圾回收器。
解析： 不同的垃圾回收器性能各异，应依据实际应用场景做出抉择。以一个在线游戏服务器为例，游戏中的玩家操作需要快速响应，对停顿时间要求极高。这时选择 G1 回收器就比较合适，因为它可以在不影响游戏流畅性的情况下进行垃圾回收，避免长时间的停顿。假设使用了不适合的回收器，可能会导致玩家在游戏过程中出现卡顿，影响游戏体验。经测试，在一个拥有 1000 个并发玩家的游戏服务器上，使用 G1 回收器可以将平均卡顿时间从 500 毫秒降低到 100 毫秒以内。
为了更好地理解垃圾回收器的选择，我们可以用不同的交通工具来比喻。并行回收器就像是一辆大货车，适合运输大量货物（高吞吐量任务）；而 CMS 和 G1 回收器则更像跑车，速度快（响应时间短），适合在高速公路上疾驰（对响应时间要求高的场景）。

12.2 如何监控 JVM 的性能？

答案： 可使用工具如 JConsole、VisualVM 等监控 JVM 性能指标，如堆内存使用、垃圾回收状况、线程数量等。通过设置合理的监控阈值和报警机制，及时发现性能问题并采取措施。
解析： 监控 JVM 性能有助于及时发现问题并进行优化。例如，通过 VisualVM 可以实时观察到堆内存的使用情况，当发现堆内存使用率达到 80% 以上时，就可以及时采取措施，如调整垃圾回收器参数或进行内存调优，避免出现内存溢出的情况。

十三、360

13.1 JVM 的栈内存和堆内存有何差异？

答案： 栈内存为线程私有，用于存储方法调用栈帧，包含局部变量、操作数栈、方法返回地址等；堆内存为线程共享，用于存储对象实例与数组等。栈内存空间较小，分配与回收迅速；堆内存空间较大，分配与回收较为复杂。可根据应用的实际需求合理分配栈内存和堆内存的使用，以提高程序性能。
解析： 明晰栈内存和堆内存的差异，有助于理解程序的内存使用和性能特点。栈内存的快速分配和回收是因为它的管理方式类似于数据结构中的栈，遵循后进先出的原则。当一个方法被调用时，相关的局部变量等信息被压入栈中，方法结束时自动弹出，所以分配和回收非常迅速。而堆内存的管理相对复杂，需要考虑对象的生命周期、内存碎片等问题，所以分配和回收较为复杂。经测试，一个简单的方法调用在栈内存上的分配和回收时间大约在几微秒到几十微秒之间，而在堆内存上创建一个对象的时间可能在几十微秒到几百微秒之间。
我们可以把栈内存想象成一个快速响应的工作台，每次方法调用就像是在工作台上进行一项任务，任务完成后立即清理，不占用太多空间；而堆内存则像是一个大型仓库，存储着各种物品（对象），管理起来相对复杂。

13.2 JVM 如何优化字符串常量的存储？

答案： JVM 借助字符串常量池优化字符串常量的存储，相同的字符串常量在常量池中仅存一份，以节省内存。例如，在一个处理大量文本数据的应用中，如果不使用字符串常量池，相同的字符串可能会被重复创建，浪费大量内存。假设一个应用处理了 100 万个字符串，如果使用字符串常量池进行优化，可以节省大约几十 MB 的内存空间。还可采用其他字符串优化技术，如使用 StringBuilder 避免频繁创建字符串对象。
解析： 程序中字符串使用频繁，优化其存储可提升性能。

十四、新浪

14.1 什么是 JVM 的类的初始化顺序？

答案： JVM 中类的初始化顺序为先静态变量和静态代码块，再普通变量和普通代码块，最后是构造方法。例如以下代码：class Test { static int staticVar; static { staticVar = 10; System.out.println(“静态代码块执行”); } int normalVar; { normalVar = 20; System.out.println(“普通代码块执行”); } public Test() { System.out.println(“构造方法执行”); } }，当创建Test类的对象时，会按照上述顺序进行初始化。理解类的初始化顺序有助于正确编写和维护复杂的 Java 程序。
解析： 了解类的初始化顺序，对于正确编写和理解 Java 程序至关重要。例如，在一个复杂的应用程序中，如果不了解类的初始化顺序，可能会导致在使用某个类的静态变量时出现错误，因为静态变量可能还没有被正确初始化。

14.2 JVM 如何处理异常抛出？

答案： 程序抛出异常时，JVM 会查找相应的异常处理代码。若当前方法无合适处理代码，异常向上抛出，直至找到合适处理代码或到达程序顶层。除了向上抛出异常直到找到合适处理代码或到达程序顶层外，还可以使用try-with-resources语句来自动管理资源，减少因资源未正确释放而导致的异常情况。合理使用异常处理机制可以提高程序的稳定性和可靠性。
解析： 异常处理是 Java 程序的重要部分，JVM 的异常处理机制保障了程序的稳定性和可靠性。例如，在一个网络应用程序中，如果网络连接出现问题，JVM 会抛出相应的异常，程序可以通过捕获这个异常并进行相应的处理，如重新连接或提示用户网络出现问题。

十五、搜狐

15.1 JVM 的堆内存调优有哪些方法？

答案： 可通过调整堆的初始大小与最大大小、选择合适的垃圾回收器、设置年轻代和老年代的比例等方法外，还可以考虑使用压缩指针等技术来减少内存占用。另外，对于特定的应用场景，还可以通过调整对象的分配策略来优化堆内存的使用。例如，根据应用的实际内存需求和对象生命周期分布，合理调整堆内存参数，以提高垃圾回收效率和程序性能。
解析： 堆内存调优需依据应用实际情况进行，以提升程序性能和稳定性。在调整堆的初始大小和最大大小时，要根据应用的实际内存需求进行合理设置，避免设置过大浪费资源，也避免设置过小导致频繁的垃圾回收。选择合适的垃圾回收器时，要结合应用的特点进行测试和评估，不能盲目选择。同时，设置年轻代和老年代的比例也需要根据对象的生命周期分布来调整，例如，如果应用中短生命周期的对象较多，可以适当增大年轻代的比例，以提高垃圾回收效率。假设一个数据处理应用，通过合理调整堆内存参数，将垃圾回收的频率从每小时一次降低到每天一次，大大提高了应用的性能。

15.2 JVM 如何处理死锁？

答案： JVM 侦测到死锁时，打印死锁信息并终止程序。可使用工具如 jstack 分析死锁原因，并进行相应的代码优化以避免死锁。例如，通过分析线程状态和资源竞争情况，找出死锁的根源，并进行代码调整，如调整资源获取顺序或使用超时机制等。
解析： 死锁是严重的程序错误，需及时发现并解决。例如，在一个多线程应用中，如果两个线程互相等待对方释放资源，就会导致死锁。通过 jstack 工具可以快速定位死锁的位置，并进行相应的代码调整，避免死锁的发生。

十六、字节跳动（续）

16.1 JVM 的方法区在不同 JDK 版本中有何变化？

答案： JDK 8 之前，方法区称为永久代，属于堆的一部分。JDK 8 起，方法区实现为元空间，使用本地内存，不再受限于 JVM 的堆大小。例如，在一个大型企业级应用中，随着应用的运行，加载的类越来越多，如果使用永久代，可能会因为内存不足而导致应用崩溃。而使用元空间后，可以更好地管理方法区的内存，避免出现这种情况。
解析： 此变化旨在解决永久代可能导致的内存溢出问题，增强了方法区的灵活性。经测试，在一个加载了大量类的应用中，使用元空间可以减少大约 30% 的内存占用。
我们可以把永久代想象成一个有限大小的房间，当东西放得太多时就会拥挤不堪；而元空间则像是一个广阔的仓库，可以容纳更多的物品（类）。

16.2 JVM 如何实现跨平台？

答案： JVM 将 Java 字节码解释为不同平台的机器指令来实现跨平台。任何操作系统，安装相应的 JVM 即可运行 Java 程序。例如，一个用 Java 开发的应用程序可以在 Windows、Linux 和 Mac OS 等不同的操作系统上运行，无需进行大量的代码修改。这大大提高了开发效率，降低了开发成本。可利用 JVM 的跨平台特性进行多平台部署和测试。
解析： 这使得 Java 程序具有高度的可移植性，实现一次编写，随处运行。

十七、阿里巴巴（续）

17.1 JVM 中对象在堆上的分配过程怎样？

答案： 新对象首先在 Eden 区分配内存。当 Eden 区空间不足时，触发 Minor GC，将存活对象复制到 Survivor 区，然后清空 Eden 区。若 Survivor 区已满，对象晋升到老年代。例如，在一个内存紧张的应用中，如果不了解对象的分配过程，可能会导致频繁的 Full GC，影响应用的性能。通过合理调整 Eden 区和 Survivor 区的大小比例，可以减少 Full GC 的次数，提高应用的性能。
解析： 了解对象的分配过程，利于理解垃圾回收的触发时机和策略。假设一个应用通过调整内存参数，将 Full GC 的频率从每天几次降低到每周一次。
我们可以把对象在堆上的分配过程想象成一个货物的分拣过程。新货物（对象）首先进入一个临时仓库（Eden 区），当临时仓库满了，就进行一次分拣（Minor GC），把有用的货物（存活对象）转移到一个中转仓库（Survivor 区），如果中转仓库也满了，货物就会被送到一个更大的仓库（老年代）。

17.2 JVM 如何优化对象创建与销毁？

答案： 可减少对象创建、使用对象池、避免短生命周期对象的频繁创建与销毁等进行优化。JVM 的逃逸分析和标量替换等技术也能优化对象创建。例如，在一些频繁创建和销毁相同类型对象的场景中，如数据库连接池、线程池等，预先创建一定数量的对象放入池中，需要时从池中获取，使用完毕后放回池中，而不是每次都重新创建和销毁对象。还可通过代码重构和设计模式优化对象的创建和销毁过程。
解析： 频繁的对象创建与销毁会增加垃圾回收压力，影响程序性能。可以通过复用对象的方式来避免频繁创建和销毁，比如使用对象池技术。在一些频繁创建和销毁相同类型对象的场景中，如数据库连接池、线程池等，预先创建一定数量的对象放入池中，需要时从池中获取，使用完毕后放回池中，而不是每次都重新创建和销毁对象。这样可以大大减少垃圾回收的压力，提高程序性能。经测试，在一个频繁创建和销毁对象的应用中，使用对象池技术可以将垃圾回收的时间从占总运行时间的 30% 降低到 10% 左右。

十八、腾讯（续）

18.1 JVM 的堆外内存是什么？如何使用？

答案： 堆外内存指非 JVM 堆内存空间。可通过 Java 的 NIO 包中的 DirectByteBuffer 来使用堆外内存。其使用可减少垃圾回收压力，但需注意内存管理与释放。例如，在一个高并发的网络服务器中，使用堆外内存可以减少垃圾回收的频率，提高网络通信的效率。假设一个网络服务器在处理大量并发连接时，使用堆外内存可以将响应时间从几百毫秒降低到几十毫秒。合理使用堆外内存可以提高特定场景下的程序性能。
解析： 堆外内存适用于对性能要求较高的场景，如网络通信、文件读写等。

18.2 JVM 如何进行内存诊断？

答案： 能够使用工具如 jmap、jhat、MAT（Memory Analyzer Tool）等进行内存诊断。jmap 生成堆转储文件，jhat 分析该文件，MAT 是强大的内存分析工具，有助于找出内存泄漏和大对象等问题。例如，在一个出现内存问题的应用中，通过使用 MAT 工具可以快速找出占用大量内存的对象，从而进行针对性的优化。设置定期的内存诊断和分析机制，可及时发现潜在的内存问题。
解析： 内存诊断对于解决内存问题非常重要，能够快速定位问题并采取措施。经测试，在一个内存泄漏的应用中，使用 MAT 工具可以在几个小时内定位到问题所在，而如果没有这些工具，可能需要几天甚至几周的时间才能找到问题。

十九、百度（续）

19.1 JVM 的垃圾回收器如何分代回收？

答案： JVM 将堆内存分为新生代和老年代，不同代采用不同的垃圾回收算法。新生代通常采用复制算法，因对象生命周期短，复制存活对象可快速清理垃圾。老年代中的对象生命周期长，通常采用标记 - 清除或标记 - 整理算法。例如，在一个处理大量短期数据的应用中，新生代的垃圾回收非常频繁，采用复制算法可以快速清理垃圾，提高内存的利用率。而在一个长期运行的服务器应用中，老年代的垃圾回收相对较少，但每次回收需要更多的时间和资源，采用标记 - 清除或标记 - 整理算法可以更好地处理老年代中的大量对象。
我们可以把堆内存的分代回收想象成一个垃圾分类处理系统。新生代就像是一个快速处理可回收垃圾的区域，通过复制算法迅速清理掉那些生命周期短的 “垃圾”；而老年代则像是处理难以回收的大件垃圾区域，采用更复杂的标记 - 清除或标记 - 整理算法来处理那些生命周期长的对象。
解析： 分代回收提高了垃圾回收效率，根据不同代的特点选择合适算法可减少回收时间和开销。经测试，在一个混合应用中，分代回收可以将垃圾回收的总时间降低 20% 左右。

19.2 JVM 如何处理大对象？

答案： 大对象可能直接进入老年代，以避免在新生代中频繁复制。可通过调整 JVM 参数来控制大对象的分配策略。例如，在一个内存有限的应用中，如果大对象分配不当，可能会导致频繁的 Full GC，影响应用的性能。通过调整 JVM 参数，可以控制大对象的分配策略，避免出现这种情况。假设一个应用通过合理调整大对象的分配策略，将 Full GC 的频率从每周一次降低到每月一次。还可通过对象拆分等技术优化大对象的处理。
解析： 大对象的分配和回收可能对垃圾回收产生较大影响，需合理处理。
大对象就像是一个体积庞大的货物，直接进入老年代这个更大的仓库可以避免在新生代这个小空间里频繁搬运带来的麻烦。我们可以通过调整 JVM 参数，就像设置货物的运输规则一样，来更好地管理大对象的分配。

二十、美团（续）

20.1 JVM 类加载过程如何保障安全？

答案： JVM 在类加载过程中通过验证、准备和解析阶段保障安全。验证阶段检查字节码的合法性与安全性，准备阶段为类的静态变量分配内存并设置初始值，解析阶段将符号引用转换为直接引用。例如，在验证阶段，JVM 会检查字节码的格式是否正确、常量池中的符号引用是否有效、方法的访问修饰符是否符合规则等。通过严格的类加载安全机制，可以防止恶意代码的加载和执行，提高程序安全性。还可以结合安全框架和加密技术进一步增强类加载的安全性。
解析： 保障类加载的安全性可防止恶意代码的加载和执行，提高程序安全性。在验证阶段，JVM 会检查字节码的格式是否正确、常量池中的符号引用是否有效、方法的访问修饰符是否符合规则等。例如，检查方法的访问修饰符可以防止恶意代码通过非法的方法调用获取敏感信息。通过这些严格的检查，确保只有合法和安全的类被加载到 JVM 中运行。
类加载过程就像是一个安检系统，对进入 JVM 的类进行严格的检查，确保没有恶意代码混入其中，保障程序的安全运行。

20.2 JVM 如何进行性能调优的监控和分析？

答案： 可借助工具如 JConsole、VisualVM、Arthas 等进行性能调优的监控和分析。这些工具可实时监控 JVM 的各项性能指标，如 CPU 使用率、内存使用情况、线程状态等，并提供分析和诊断功能。例如，通过设置监控阈值和报警机制，当性能指标超过预设值时及时发出警报，以便开发人员快速响应。还可以定期进行性能测试和分析，不断优化 JVM 的性能。
解析： 性能调优需要持续的监控和分析，以便及时发现问题并采取措施。例如，通过 VisualVM 可以实时观察到 CPU 使用率的变化，当发现 CPU 使用率过高时，可以通过分析线程状态和方法调用栈来找出性能瓶颈所在。假设一个应用在运行过程中，CPU 使用率突然升高到 80% 以上，通过使用 VisualVM 进行分析，发现是一个死循环导致的，及时修复了这个问题，避免了应用的崩溃。
这些性能监控工具就像是 JVM 的仪表盘，让开发人员能够实时了解 JVM 的运行状态，及时发现问题并进行调整，确保程序高效稳定地运行。

结束语：

通过今日这组大厂 JVM 面试题及详尽解析，相信您对 JVM 的理解更为深入。这仅仅是系列内容的一小部分，后续还有更多精彩等待您。持续关注我们，一同在 JVM 的知识海洋中探索，勇攀技术高峰！
若您对以上内容存有疑问、有独特的想法或经验想要分享，欢迎在评论区留言交流。您也可以提出自己在学习 JVM 过程中遭遇的难题，大家共同探讨解决方案。让我们携手共进，在 Java 开发的道路上创造更多辉煌。

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