1.JMM内存模型

计算机存储结构，从本地磁盘到主存到CPU缓存，也就是从硬盘到内存，到CPU。
问题？和推导出我们需要知道JMM
因为有这么多级的缓存(cpu和物理主内存的速度不一致的)，
CPU的运行并不是直接操作内存而是先把内存里边的数据读到缓存，而内存的读和写操作的时候就会造成不一致的问题

JMM(Java内存模型Java Memory Model，简称JMM)本身是一种抽象的概念并不真实存在它仅仅描述的是一组约定或规范，通过这组规范定义了程序中(尤其是多线程)各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入何时以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。
原则：
JMM的关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的
能干嘛？
1 通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系。
2 屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

可见性
是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道该变更 ，JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。
原子性
指一个操作是不可中断的，即多线程环境下，操作不能被其他线程干扰（比如synchronize，lock）
有序性
对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下，有序执行。但为了提供性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程间的语义也一致，即可能产生"脏读"，简单说，两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条，不见得是从上到下顺序执行，执行顺序会被优化。

2.堆怎么管理内存

在Java中，堆是用于存储对象的内存区域。Java堆是由JVM在启动时创建的，它的大小可以通过JVM参数进行配置。堆的大小可以动态地增加或减少，以适应应用程序的内存需求Java堆的内存管理是由JVM自动进行的，开发人员不需要手动管理内存。JVM使用垃圾回收器来自动回收不再使用的对象，从而释放内存空间。垃圾回收器会定期扫描堆中的对象，标记出不再使用的对象，并将它们从堆中删除。

3.垃圾回收算法

如果不熟悉可以看这篇
GC回收算法

• 标记-清除算法

执行过程：
标记： Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录为可达对象。
清除： Collector对堆内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收。

缺点
1、效率比较低：递归与全堆对象遍历两次
2、在进行GC的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差
3、这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，产生内存碎片。

• 复制算法

将活着的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收。

优点：
没有标记和清除过程，实现简单，运行高效
复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题。
缺点：
此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。
对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。

应用场景
在新生代，对常规应用的垃圾回收，一次通常可以回收70%-99%的内存空间。回收性价比很高。所以现在的商业虚拟机都是用这种收集算法回收新生代。
比如：IBM 公司的专门研究表明，新生代中 80% 的对象都是“朝生夕死”的。

• 标记-压缩算法

执行过程：
第一阶段和标记-清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用对象
第二阶段将所有的存活对象压缩到内存的一端，按顺序排放。
之后， 清理边界外所有的空间。

标记-压缩算法的最终效果等同于标记-清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记-清除-压缩(Mark-Sweep-Compact)算法。

年轻代特点： 区域相对老年代较小，对象生命周期短、存活率低，回收频繁。
这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。

老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁。
这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记-清除或者是标记-清除与标记-整理的混合实现。

4.跨代引用问题怎么解决

跨代引用是指新生代中存在对老年代对象的引用，或者老年代中存在对新生代的引用。
记忆集
记忆集位于新生代中。用以避免把整个老年代加进GC Roots扫描范围。
记忆集是一种用于记录从非收集区域指向收集区域的指针集合的抽象数据结构。注意这里的说辞：抽象。意思就是说记忆集是一种逻辑上的概念，并没有规定具体的实现，类似方法区。下文我们会说到卡表，可以把记忆集和卡表的关系理解为Map跟HashMap。
卡表
卡表可以理解为是记忆集的具体实现。英文叫：Card Table
垃圾收集器只需要通过记忆集判断出某一块非收集区域是否存在有指向了收集区域的指针就可以了，并不需要了解这些跨代指针的全部细节。那设计者在实现记忆集的时候，便可以选择更为粗犷的记录粒度来节省记忆集的存储和维护成本，下面列举了一些可供选择（当然也可以选择这个范围以外的）的记录精度：

其中，第三种“卡精度”所指的就是“卡表”的方式去实现记忆集 ，这也是目前最常用的一种记忆集实现形式，HotSpot采用的就是卡表。
在HotSpot虚拟机里面，卡表采用的是字节数组的形式。以下这行代码是HotSpot默认的卡表标记逻辑

CARD_TABLE [this address >> 9] = 0;

字节数组CARD_TABLE的每一个元素都对应着其标识的内存区域中一块特定大小的内存块，这个内存块被称作“卡页”（Card Page）。一般来说，卡页大小都是以2的N次幂的字节数，通过上面代码可以看出HotSpot中使用的卡页是2的9次幂，即512字节。那如果卡表标识内存区域的起始地址是0x0000的话，数组CARD_TABLE的第0、1、2号元素，分别对应了地址范围为0x0000～0x01FF、0x0200～0x03FF、0x0400～0x05FF的卡页内存块 ，如图所示：

一个卡页的内存中通常包含不止一个对象，只要卡页内有一个（或更多）对象的字段存在着跨代指针，那就将对应卡表的数组元素的值标识为1，称为这个元素变脏（Dirty），没有则标识为0。在垃圾收集发生时，只要筛选出卡表中变脏的元素，就能轻易得出哪些卡页内存块中包含跨代指针，把它们加入GC Roots中一并扫描。

简单来说，就是卡页的字节数组只有0和1两种状态，1表示哪些内存区域存在跨代指针，那么只要把1的加入GC Roots中一并扫描，就能知道哪些进行跨代引用了，这样就不用挨个去扫描了。
卡表元素如何维护？何时变脏、谁来把它们变脏等。

HotSpot解决的办法是使用写屏障。
先来解决何时变脏的问题，这个问题很简单，即其他分代区域中对象引用了本区域对象时，其对应的卡表元素就应该变脏，变脏时间点原则上应该发生在引用类型字段赋值的那一刻。

但问题是如何变脏，即如何在对象赋值的那一刻去更新维护卡表，在HotSpot虚拟机里是通过写屏障（Write Barrier）解决的。

注意：这里提到的 写屏障 和 volatile 的写屏障不是一回事。

写屏障可以看作在虚拟机层面对“引用类型字段赋值”这个动作的AOP切面，在引用对象赋值时会产生一个环形（Around）通知。用过Spring的弟兄们对AOP肯定不陌生。
在赋值前的部分的写屏障叫作写前屏障（Pre-Write Barrier），在赋值后的则叫作写后屏障（Post-Write Barrier）。HotSpot虚拟机的许多收集器中都有使用到写屏障，但直至G1收集器出现之前，其他收集器都只用到了写后屏障。

应用写屏障后，虚拟机就会为所有赋值操作生成相应的指令，一旦收集器在写屏障中增加了更新卡表操作，无论更新的是不是老年代对新生代对象的引用，每次只要对引用进行更新，就会产生额外的开销，不过这个开销与Minor GC时扫描整个老年代的代价相比还是低得多的。

5.垃圾回收器

Serial GC：串行回收

这个收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个 CPU 或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束（Stop The World）。

• 优势：简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个 CPU 的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
  • 运行在Client模式下的虚拟机是个不错的选择。

在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十MB至一两百MB），可以在较短时间内完成垃圾收集（几十ms至一百多ms）,只要不频繁发生，使用串行回收器是可以接受的。
ParNew GC：并行回收

• ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop-the-World"机制。
• ParNew 是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

• 对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效。
• 对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。（CPU并行需要切换线程，串行可以省去切换线程的资源）

ParNewGC更好？

• 由于ParNew收集器是基于并行回收，那么是否可以断定
  ParNew收集器的回收效率在任何场景下都会比Serial收集器更高效？
  • ParNew 收集器运行在多CPU的环境下，由于可以充分利用多CPU、多核心等物理硬件资源优势，可以更快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
  • 但是在单个CPU的环境下，ParNew收集器不比Serial 收集器更高效。虽然Serial收集器是基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。
• 因为除Serial外，目前只有ParNew GC能与CMS收集器配合工作

Parallel GC：吞吐量优先

• HotSpot的年轻代中除了拥有ParNew收集器是基于并行回收的以外，Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和”Stop the World”机制。

• 那么Parallel收集器的出现是否多此一举？

  • 和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput），它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。
  • 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew一个重要区别。

• 高吞吐量则可以高效率地利用 CPU 时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用。例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。

• Parallel 收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来代替老年代的Serial Old收集器。

• Parallel Old收集器采用了标记-压缩算法，但同样也是基于并行回收和”Stop-the-World”机制。

• 在程序吞吐量优先的应用场景中， Parallel 收集器和Parallel Old收集器的组合，在Server模式下的内存回收性能很不错。
• 在Java8中，默认是此垃圾收集器。

CMS：低延迟
不幸的是，CMS 作为老年代的收集器，却无法与 JDK 1.4.0 中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge 配合工作，所以在JDK 1.5中使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。
在G1出现之前，CMS使用还是非常广泛的。一直到今天，仍然有很多系统使用CMS GC。

初始标记（STW）：暂时时间非常短，标记与GC Roots直接关联的对象。
并发标记（最耗时）：从GC Roots开始遍历整个对象图的过程。不会停顿用户线程
重新标记：（STW）：修复并发标记环节，因为用户线程的执行，导致数据的不一致性问题
并发清理（最耗时）
收集过程
CMS整个过程比之前的收集器要复杂,整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。

• 初始标记（Initial-Mark）阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为“Stop-the-World”机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GC Roots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。

• 并发标记（Concurrent-Mark）阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。

• 重新标记（Remark）阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录（比如：由不可达变为可达对象的数据），这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短。

• 并发清除（Concurrent-Sweep）阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的

优缺点

• CMS的优点：
  • 并发收集
  • 低延迟
• CMS的弊端：
  1）会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC。
  2）CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。
  3）CMS收集器无法处理浮动垃圾。可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次 Full GC 的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS将无法对这些垃圾对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间。

小结：
HotSpot有这么多的垃圾回收器，那么如果有人问，Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC这三个GC有什么不同呢？

请记住以下口令：
如果你想要最小化地使用内存和并行开销，请选Serial GC；
如果你想要最大化应用程序的吞吐量，请选Parallel GC；
如果你想要最小化GC的中断或停顿时间，请选CMS G
G1
G1（Garbage-First）是一款面向服务端应用的垃圾收集器，主要针对配备多核CPU及大容量内存的机器，以极高概率满足GC停顿时间的同时，还兼具高吞吐量的性能特征。
在JDK1.7版本正式启用，移除了Experimental的标识，是JDK 9以后的默认垃圾回收器，取代了CMS 回收器以及Parallel + Parallel Old组合。被Oracle官方称为“全功能的垃圾收集器”。
与此同时，CMS已经在JDK 9中被标记为废弃（deprecated）。在jdk8中还不是默认的垃圾回收器，需要使用-XX:+UseG1GC来启用。

• G1（Garbage-First）是一款面向服务端应用的垃圾收集器，兼顾吞吐量和停顿时间的GC实现。
• 在JDK1.7版本正式启用，是JDK 9以后的默认GC选项，取代了CMS 回收器。
  操作步骤
  G1的设计原则就是简化JVM性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优：

第一步：开启G1垃圾收集器
第二步：设置堆的最大内存
第三步：设置最大的停顿时间

G1中提供了三种垃圾回收模式：YoungGC、Mixed GC和Full GC，在不同的条件下被触发。

6.CMS回收过程

初始标记（STW）：暂时时间非常短，标记与GC Roots直接关联的对象。
并发标记（最耗时）：从GC Roots开始遍历整个对象图的过程。不会停顿用户线程
重新标记：（STW）：修复并发标记环节，因为用户线程的执行，导致数据的不一致性问题
并发清理（最耗时）
收集过程
CMS整个过程比之前的收集器要复杂,整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。

• 初始标记（Initial-Mark）阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为“Stop-the-World”机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GC Roots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。

• 并发标记（Concurrent-Mark）阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。

• 重新标记（Remark）阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录（比如：由不可达变为可达对象的数据），这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短。

• 并发清除（Concurrent-Sweep）阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的

cms 为什么要停顿两次？
以最少的STW成本，找出要清理的垃圾。
这里我们可以抽象的理解为全量垃圾和增量垃圾的两个概念。
清理的第一步，就是为了找出产生全量垃圾根对象，并打上标记为初始标记（耗时短，STW），同时把用户访问线程打开，并让后台线程去执行第二步并发标记，这些其实就是找出我们全量垃圾。
然后找出在我们执行并发标记这段时间由用户线程产生的增量垃圾进行重新标记（耗时短，STW），这个时候的GC标记，就是截止到当前时间，完整的垃圾信息，再执行并发清理。

7.G1和CMS区别

区别一： 使用范围不一样
CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用
G1收集器收集范围是老年代和新生代。不需要结合其他收集器使用
区别二： STW的时间
CMS收集器以最小的停顿时间为目标的收集器。
G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间（建立可预测的停顿时间模型）
区别三： 垃圾碎片
CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收，容易产生内存碎片
G1收集器使用的是“标记-整理”算法，进行了空间整合，降低了内存空间碎片。
区别四： 垃圾回收的过程不一样
CMS收集器 G1收集器
1.初始标记 1.初始标记
2.并发标记 2. 并发标记
3.重新标记 3. 最终标记
4.并发清除 4. 筛选回收