JAVA面试：第一章JVM

jdk的垃圾回收算法，年轻代，老年代分别是什么

  • 垃圾回收基础算法

  1. 标记清除(mark sweep) - 位置不连续 产生碎片 效率偏低（两遍扫描）

    • 第一遍扫描找到有用的，第二遍找到没用的进行清除

  2. 拷贝算法 (copying) - 没有碎片，浪费空间，移动复制对象需要调整对象引用

    • 把一块内存中有用的对象 复制到一块干净的内存中，然后把上面无用垃圾清除

  3. 标记压缩(mark compact) - 没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）

    • 标记后进行压缩，移动对象指针引用需要调整

  • 以下为分代模型的垃圾回收算法

  • 年轻代：

    • Serial 串行回收
    • PS 并行回收
    • ParNew 配合CMS的并行回收

  • 老年代：

    • SerialOld 串行回收
    • ParallelOld 并行回收
    • ConcurrentMarkSweep 老年代 并发的， 垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms)
      CMS问题比较多，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定
      CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收

  • 除Epsilon ZGC Shenandoah之外的GC都是使用逻辑分代模型

  • G1是逻辑分代，物理不分代

  • 除此之外的不仅逻辑分代，而且物理分代

  • G1(10ms)

    • 算法：三色标记 + SATB (SATB保证了在并发标记过程中新分配对象不会漏标)

  • ZGC (1ms)

    • 算法：ColoredPointers + LoadBarrier

  • Shenandoah

    • 算法：ColoredPointers + WriteBarrier

  • 1.8默认的垃圾回收：PS + ParallelOld

如何排查生产环境的OOM

  • 首先确保对OOM日志的保存

  • jinfo pid

    进程和线程的 具体信息

  • jstack

    jstack 定位线程、进程状况

  • jmap -histo pid | head -20

    查找产生对象数 排名前20 的对象具体是哪些

  • jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin pid

    生成dump转储文件，线上系统，内存特别大，jmap执行期间会对进程产生很大影响，甚至卡顿（电商不适合）

  • 使用MAT / jhat /jvisualvm 进行dump文件分析
    https://www.cnblogs.com/baihuitestsoftware/articles/6406271.html

  • jhat -J-mx512M xxx.dump

分析日志很重要

dump 文件里，值得关注的线程状态有：

  • 死锁，Deadlock（重点关注）

  • 执行中，Runnable

  • 等待资源，Waiting on condition（重点关注）

  • 等待获取监视器，Waiting on monitor entry（重点关注）

  • 暂停，Suspended

  • 对象等待中，Object.wait() 或 TIMED_WAITING

  • 阻塞，Blocked（重点关注）

  • 停止，Parked

    tid指Java Thread id。nid指native线程的id。prio是线程优先级。

    [0x00007f1d2c4be000] 是线程栈起始地址。

    Thread.State:WAITING (parking) 等待，线程挂起中。

    parking to wait for <0x00000000f5dee038>

    本线程肯定是在等待某个条件的发生，来把自己唤醒。其次，SynchronousQueue 并不是一个队列，只是线程之间移交信息的机制，当我们把一个元素放入到 SynchronousQueue 中时必须有另一个线程正在等待接受移交的任务，因此这就是本线程在等待的条件。

dump文件实例分析

https://www.cnblogs.com/zhengyun_ustc/archive/2013/01/06/dumpanalysis.html

jconsole远程连接

https://blog.csdn.net/wangnanwlw/article/details/102381882

  1. 程序启动加入参数：

    java -Djava.rmi.server.hostname=192.168.17.11 -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=11111 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -jar test.jar

  2. 如果遭遇 Local host name unknown：错误，修改/etc/hosts文件，把ip加入进去

    192.168.17.11 basic localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6

  3. 关闭linux防火墙（实战中应该打开对应端口）

    service iptables stop
chkconfig iptables off #永久关闭

  4. windows上打开 jconsole远程连接 192.168.17.11:11111

jvisualvm远程连接

https://www.cnblogs.com/liugh/p/7620336.html （简单做法）

jprofiler (收费)

arthas在线排查工具

  • 为什么需要在线排查？
    在生产上我们经常会碰到一些不好排查的问题，例如线程安全问题，用最简单的threaddump或者heapdump不好查到问题原因。为了排查这些问题，有时我们会临时加一些日志，比如在一些关键的函数里打印出入参，然后重新打包发布，如果打了日志还是没找到问题，继续加日志，重新打包发布。对于上线流程复杂而且审核比较严的公司，从改代码到上线需要层层的流转，会大大影响问题排查的进度。
  • jvm观察jvm信息
  • thread定位线程问题
  • dashboard 观察系统情况
  • heapdump + jhat分析
  • jad反编译
    动态代理生成类的问题定位
    第三方的类（观察代码）
    版本问题（确定自己最新提交的版本是不是被使用）
  • redefine 热替换
    目前有些限制条件：只能改方法实现（方法已经运行完成），不能改方法名， 不能改属性
    m() -> mm()
  • sc - search class
  • watch - watch method
  • 没有包含的功能：jmap

jvm的内存模型

  • Java Memory Model

  • 一种符合内存模型规范的，屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异的，保证了Java程序在各种平台下对内存的访问都能保证效果一致的机制及规范。

  • jmm是jvm的一种规范，定义了jvm的内存模型。它屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异，不像c那样直接访问硬件内存，相对安全很多，它的主要目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时，存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。可以保证并发编程场景中的原子性、可见性和有序性。
    链接：https://www.jianshu.com/p/76959115d486

  • 根据JVM虚拟机规范，管理内存如下

PC 程序计数器 （独享）

存放指令位置

虚拟机的运行，类似于这样的循环：

while( not end ) {

​ 取PC中的位置，找到对应位置的指令；

​ 执行该指令；

​ PC ++;

}

JVM Stack 、Frame （独享）

  • 栈帧（Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接

    （Dynamic Linking）、方法返回值和异常分派

  • 栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁

  • 栈帧的存储空间分配在 Java 虚拟机栈之中，每一个栈帧都有自己的局部变量表（Local Variables）、操作数栈（OperandStack）和指向当前方法所属的类的运行时常量池的引用。

  1. Frame - 每个方法对应一个栈帧
    1. Local Variable Table
    2. Operand Stack
      对于long的处理（store and load），多数虚拟机的实现都是原子的
      jls 17.7，没必要加volatile
    3. Dynamic Linking
      https://blog.csdn.net/qq_41813060/article/details/88379473
      jvms 2.6.3
    4. return address
      a() -> b()，方法a调用了方法b, b方法的返回值放在什么地方

Heap （共享）

  • 在 Java 虚拟机中，堆（Heap）是可供各条线程共享的运行时内存区域，也是供所有类实例
    和数组对象分配内存的区域。
  • Java 堆在虚拟机启动的时候就被创建，它存储了被自动内存管理系统，也即是常说的“Garbage Collector（垃圾收集器）”）所管理的各种
    对象，这些受管理的对象无需，也无法显式地被销毁。

Method Area （共享）

  1. Perm Space (<1.8)
    字符串常量位于PermSpace永久区
    FGC不会清理
    大小启动的时候指定，不能变

  2. Meta Space (>=1.8)
    字符串常量位于堆
    会触发FGC清理
    不设定的话，最大就是物理内存

    它存储了每一个类的结构信息，例如运行时常量池（Runtime Constant Pool）、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容、还包括一些在类、实例、接口初始化时用到的特殊方法

Runtime Constant Pool

  • 每一个运行时常量池都分配在 Java 虚拟机的方法区之中
  • 在类和接口被加载到虚拟机后，对应的运行时常量池就被创建出来。

Native Method Stack

  • JVM实现使用到传统的栈（通常称之为“C Stacks”）来支持 native 方法（指使用 Java 以外的其他语言编写的方法）的执行，这个栈就是本地方法栈，一般会在线程创建的时候按线程分配。
  • 当 Java 虚拟机使用其他语言（例如 C 语言）来实现指令集解释器时，也会使用到本地方法栈。

Direct Memory

JVM可以直接访问的内核空间的内存 (OS 管理的内存)

NIO ， 提高效率，实现zero copy

java如何加载类的，哪种情况下不需要用java的双亲委派模型来加载类(java的类加载原理)

双亲委派的打破

  1. 如何打破：重写loadClass（）
  2. 何时打破过？
    1. JDK1.2之前，自定义ClassLoader都必须重写loadClass()
    2. ThreadContextClassLoader可以实现基础类调用实现类代码，通过thread.setContextClassLoader指定
    3. 热启动，热部署
      1. osgi tomcat 都有自己的模块指定classloader（可以加载同一类库的不同版本）

hashMap的原理，1.7和1.8的区别是什么，如何保证并发安全

  • JDK7 数组+链表
  • JDK8 数组+链表+红黑树 链表长度大于等于8 红黑树 小于等于6 链表
  • new HashMap() 时初始容量是0
  • put()的时候 开辟空间

HashMap在jdk1.8之后引入了红黑树的概念，表示若桶中链表元素超过8时，会自动转化成红黑树；

若桶中元素小于等于6时，树结构还原成链表形式。

原因：

  • 链表的时间复杂度是O(n)，红黑树的时间复杂度O(logn)，很显然，红黑树的复杂度是优于链表的
  • 红黑树的平均查找长度是log(n)，长度为8，查找长度为log(8)=3，
  • 链表的平均查找长度为n/2，当长度为8时，平均查找长度为8/2=4，
  • 其实在大于5时，红黑树已经优于链表的 平均查找长度
  • 树节点所占空间是普通节点的两倍，所以只有当节点足够多的时候，才会使用树节点。
  • 也就是说，节点少的时候，尽管时间复杂度上，红黑树比链表好一点，但是红黑树所占空间比较大，综合考虑，认为只能在节点太多的时候，红黑树占空间大这一劣势不太明显的时候，才会舍弃链表，使用红黑树。

选择6和8的原因是：

  • 中间有个差值7可以防止链表和树之间频繁的转换。
  • 假设一下，如果设计成链表个数超过8则链表转换成树结构，链表个数小于8则树结构转换成链表，如果一个HashMap不停的插入、删除元素，链表个数在8左右徘徊，就会频繁的发生树转链表、链表转树，效率会很低。

如何保证并发安全

  • 多线程下使用HashMap会出现了死循环和丢失数据，导致部分线程一直运行，占用cpu时间。
    • 问题原因就是HashMap是非线程安全的，多个线程put的时候造成了某个key值Entry key List的死循环，问题就这么产生了。
      当另外一个线程get 这个Entry List 死循环的key的时候，这个get也会一直执行。最后结果是越来越多的线程死循环，最后导致服务器宕机
  • 方法上加Synchronized或者方法内部map执行操作时进行加锁
  • 强烈建议使用concurrentHashMap解决多线程并发问题

concurrentHashMap的并发原理，1.7和1.8的区别是什么

https://www.jianshu.com/p/e694f1e868ec

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