Java100道面试题

1.JVM内存结构

1. 方法区（Method Area）

方法区是JVM内存结构的一部分，用于存放类的相关信息，包括：

类的结构（字段、方法、常量池等）。
字段和方法的描述，如名称、类型、访问修饰符等。
静态变量。
Java虚拟机在运行时加载的类的信息。

方法区通常在堆区的外部，与堆区是分开的。因为主要存放的是类的信息和静态数据，所以这一部分数据的生命周期与类本身相同。

2. 堆（Heap）

堆是JVM中用于动态分配内存的区域，是对象和数组的存储区。堆内存是JVM运行过程中最大的内存区域，所有对象实例和数组都是在这个区域中分配的。堆区又可以分为几个部分：

新生代（Young Generation）：用于存放新创建的对象，年轻代又可以分为三个部分：Eden空间和两个Survivor空间。新创建的对象首先在Eden区分配，经过垃圾回收后存活下来的对象会被移动到Survivor区。
老年代（Old Generation）：用于存放长期存活的对象。经过多次垃圾回收，仍然存活的对象会被转移到老年代。
持久代（PermGen）/元空间（Metaspace）：在旧版本的JVM中，方法区使用持久代来存储类元信息。在Java 8及其之后的版本中，持久代被元空间替代，主要用于存储类的元数据，不再属于Java虚拟机的堆内存，而是使用本地内存。

3. 虚拟机栈（VM Stack）

虚拟机栈用于存储局部变量、操作数栈、动态链接等信息。每个线程都有自己的虚拟机栈。栈是先进后出（LIFO）的结构，栈中的每一个栈帧（Stack Frame）对应一个方法的调用。在方法调用时，相关的局部变量、参数值以及方法返回地址等都会被推入栈中，而在方法返回时，栈帧会被弹出。

4. 本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈用于支持JVM调用本地（Native）方法，类似于虚拟机栈。它存储的是本地方法的栈帧。不同的JVM实现可能会有所不同，但其功能主要是协助执行 Java 与其他语言（如C、C++）交互的本地方法。

5. 程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一个较小的内存区域，保存着当前线程所执行的字节码的地址。它是线程私有的，每个线程都有一个程序计数器，以便在多线程环境中跟踪每个线程的执行点。可以理解为一个指针，指向当前正在执行的指令。

2.垃圾回收机制（GC）

垃圾回收算法

垃圾回收算法有多种，常见的有：

标记-清除（Mark-and-Sweep）：
- 该算法分为两个阶段。第一阶段“标记”会遍历所有可达对象并标记它们，第二阶段“清除”会删除没有被标记的对象。尽管这个方法简单有效，但它可能导致内存碎片。
复制（Copying）：
- 该算法将内存分为两个空间（通常称为“From”和“To”区域），在进行垃圾回收时复制所有活跃对象到另一个区域。复制后，原来的区域会被清空。该方法避免了内存碎片，但需要更多内存。
标记-整理（Mark-and-Compact）：
- 该算法与标记-清除结合。首先，它会标记所有可达对象，然后将它们移动到一端，以消除内存碎片，并清理未使用的内存。
分代收集（Generational Collection）：
- 根据对象的生命周期将内存分为若干代（通常为年轻代和老年代）。新创建的对象通常会在年轻代中变化较快，因此通过频繁回收年轻代来提高效率。而老年代中的对象较少变化，因此不需要频繁检查和回收。

JVM的垃圾回收机制：GC，是Java提供的对于内存自动回收的机制。

GC（Garbage Collection）是Java虚拟机（JVM）中的一项重要功能，用于自动管理堆内存中不再使用的对象，释放其占用的内存空间。GC通过标记和回收无效对象来实现内存的回收和释放，以避免内存泄漏和溢出。

下面是GC的主要工作原理和过程：

1、对象的标记：GC首先标记出所有活动对象，即仍然被引用或可达的对象。它从一组根对象开始，逐步遍历对象图，将可达的对象标记为活动对象，未标记的对象则被认为是无效的。

2、垃圾回收：在标记完成后，GC会对未标记的对象进行回收。具体的回收算法可以是不同的，常见的算法包括标记-复制算法、三色标记算法等。

3、内存压缩和整理：某些垃圾回收算法在回收完对象后，可能会产生内存碎片。为了优化内存使用，GC可能会进行内存压缩和整理操作，使得分配的对象在内存中连续存放，减少内存碎片的影响。

GC的优点是可以自动管理内存，减少了手动内存管理的复杂性，避免了内存泄漏和溢出的问题。但是，GC也会带来一定的性能开销。因此，在开发Java应用程序时，需要合理配置GC的参数和调整垃圾回收策略，以平衡性能和内存的使用。

3.JVM调优的方法？

1. 内存管理调优

堆内存大小设置：可以通过（初始堆大小）和（最大堆大小）参数来设置堆内存的大小。例如：。根据应用程序的需求来调整堆的大小。-Xms-Xmx-Xms512m -Xmx2048m
选择合适的垃圾回收器：不同的垃圾回收器适用于不同的场景，例如：
- G1垃圾回收器（）：适合大堆内存和低延迟的应用。-XX:+UseG1GC
- Parallel垃圾回收器（）：适合高吞吐量的应用。-XX:+UseParallelGC
- CMS垃圾回收器（）：适合需要最小停顿的应用。-XX:+UseConcMarkSweepGC
- ZGC和Shenandoah：适合需要极低延迟的应用，但需要JVM版本支持。
调整新生代和老年代的比例：可以通过或参数来调整新生代与老年代的比例，以优化对象的存活率和垃圾回收频率。-XX:NewRatio-XX:SurvivorRatio

2. 垃圾回收调优

影响GC频率和停顿时间的参数：
- -XX:MaxGCPauseMillis：设置最大GC停顿时间。GC会尝试满足这个时间限制。
- -XX:GCTimeRatio：调整应用可用时间与GC时间的比例。
监控和分析：使用JVM提供的工具（如JVisualVM、JConsole、GC日志）来监控和分析垃圾回收的情况，识别GC问题。

3. JIT编译优化

开启Tiered Compilation：使用，可以提高启动性能。-XX:+TieredCompilation
调整JIT编译行为：通过设置编译阈值，以控制何时将方法编译为机器代码。-XX:CompileThreshold

4. 线程调优

线程栈大小：可以用参数设置每个线程的栈大小。例如：。适当调整以减少栈溢出和内存使用。-Xss-Xss1m
线程池管理：如果应用使用线程池，确保合理配置线程数，避免因过多线程上下文切换引起的性能问题。

5. 其他优化选项

类加载与内存优化：
- 使用可保持对象引用的压缩，有助于减少堆内存的使用。-XX:+UseCompressedOops
禁用或调整assertions：在生产环境中，可以禁用不必要的断言以提高性能：。-da

6. 性能监控与分析

使用JVM监控工具：如Java Mission Control（JMC）和Flight Recorder来分析应用性能，查找瓶颈。
Profiling：使用工具（如YourKit、VisualVM等）进行代码剖析，找到性能开销较大的热点代码。

7. 配置文件与启动参数

合理配置启动参数：根据具体的应用场景和服务器配置调整JVM的启动参数，比如开启JIT、选择合适的GC、调整堆内存大小等。

4.堆和栈的区别？

1. 结构和用途：

栈（Stack）：
- 栈是一种先进后出（LIFO， Last In First Out）的数据结构。
- 用于存储局部变量、函数参数和函数调用信息等。在函数调用时，函数的局部变量会压入栈中，函数返回时会将这些变量从栈中弹出。
- 每个线程都有自己的栈，用于跟踪函数调用和局部变量。
堆（Heap）：
- 堆是一种基于动态存储分配的内存区域，没有特定的结构（可以认为是自由存储区）。
- 用于存储动态分配的对象和数据，如使用关键字在C++中分配的对象，或在Java中创建的对象。new
- 堆内存可以由程序员直接管理，程序员需要手动申请和释放内存，或者由垃圾回收机制（如Java、C#）自动管理。

2. 存储管理：

栈：
- 存储在栈内存中的数据管理简单，入栈和出栈操作的时间复杂度都是O(1)。
- 由于栈的大小是固定的（通常由操作系统限定），栈溢出（Stack Overflow）可能导致程序崩溃。
堆：
- 堆内存的大小通常只受到系统内存的限制，算法的复杂性和速度依赖于内存分配和回收的实现。
- 堆内存分配需要更多的时间，且容易出现内存泄漏或内存碎片问题。

3. 生命周期：

栈：
- 数据的生命周期由函数调用决定。函数结束后，栈上的数据会自动释放。
堆：
- 数据的生命周期由程序员控制，只有在不再需要对象时，才能显式地释放空间。如果没有释放，则会造成内存泄漏。

4. 访问速度：

栈：
- 由于其结构简单，内存访问速度较快，通常会比堆更快。
堆：
- 由于堆内存的管理要复杂得多，非顺序访问可能导致较慢的访问速度。

5.JVM使用命令

jvm 的一些命令_jvm命令-CSDN博客

jinfo

描述：输出给定 java 进程所有的配置信息。包括 java 系统属性和 jvm 命令行标记等。

jstat

jstat -gcutil <pid> <interval>

查看java进程的gc情况

以百分比显示每个区域的内存使用情况；

参数interval表示每多少毫秒刷新一次

6.class.forName和Classload的区别

1.相同点
两者都可以对类进行加载。
对于任意一个类/对象，我们都能够通过反射能够调用这个类的所有属性方法。

2.不同点
抽象类ClassLoader中实现的方法loadClass，loadClass只是加载，不会解析更不会初始化所反射的类。常用于做懒加载，提高加载速度，使用的时候再通过.newInstance()真正去初始化类。

7.谈谈JDK1.8特性有哪些

Lambda表达式类似于ES6中的箭头函数
接口的默认方法和静态方法
新增方法引用格式
新增Stream类
新的日期API，Datetime，更方便对日期的操作
引入Optional，在SpringData中使用较多，然后再通过get获取值，主要用于防止NPE。
支持Base64
注解相关的改变
支持并行（parallel）数组
对并发类（Concurrency）的扩展。
JavaFX。

JDK1.8常用新特性_jdk1.8的新特性-CSDN博客