Yabin's Tech Journey

JVM 知识总结 ​

目录 ​

1. 内存模型 ​

1.1 运行时数据区（JDK 8） ​

区域线程是否共享作用
程序计数器私有当前线程执行的字节码行号指示器；Native 方法时为空
Java 虚拟机栈私有存储栈帧：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口；栈深度超限 → StackOverflowError
本地方法栈私有为 Native 方法服务
堆共享存放对象实例、数组；无法扩展 → OutOfMemoryError
方法区共享类元信息、常量、静态变量、JIT 编译后的代码；JDK 8 用元空间 MetaSpace 实现，使用本地内存

要点：

  • 堆、方法区为线程共享；程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈为线程私有。
  • 直接内存（Direct Memory）不属于运行时数据区，但 OOM 时也可能抛出 OutOfMemoryError。

1.2 堆内存分区 ​

  • 新生代（Young Generation）
    • Eden：新对象优先分配在这里。
    • Survivor：两个 Survivor（From / To），复制算法时用于保留存活对象，默认比例 Eden : From : To ≈ 8 : 1 : 1。
  • 老年代（Old Generation）
    • 存活多次 GC 的对象晋升到老年代；大对象（超过阈值）可能直接进入老年代。

对象创建简要过程：

  1. 类加载检查 → 2. 分配内存（指针碰撞 / 空闲列表）→ 3. 初始化零值 → 4. 设置对象头 → 5. 执行 <init>。

对象内存布局：

  • 对象头：Mark Word（哈希、GC 年龄、锁信息等）、类型指针。
  • 实例数据：字段。
  • 对齐填充：8 字节对齐。

1.3 方法区与元空间（JDK 8） ​

  • JDK 7：方法区在堆中，用永久代（PermGen）实现。
  • JDK 8：永久代移除，用 元空间（Metaspace） 在本地内存实现，存类元信息等，不再占用堆，避免 PermGen OOM，仅受本地内存限制。

面试重点：

  • 堆存对象实例；栈存局部变量和栈帧；方法区/元空间存类信息与常量。
  • 为什么要有两个 Survivor：复制算法需要一块“保留区”，两个 Survivor 轮换，避免内存碎片，适合新生代大量“朝生夕死”的对象。

2. 垃圾回收 ​

2.1 如何判定对象可回收 ​

  • 引用计数：有循环引用问题，Java 未采用。
  • 可达性分析：从 GC Roots 出发，不可达则视为可回收。
    • GC Roots：栈中引用、静态变量、常量、JNI 引用等。
  • 引用类型：强引用、软引用、弱引用、虚引用；只有强引用会阻止回收。

2.2 垃圾回收算法 ​

算法思路优点缺点
标记-清除标记可回收，再统一清除实现简单产生碎片
标记-复制存活对象复制到另一块区域无碎片、高效空间折半
标记-整理标记后存活对象向一端移动无碎片、连续移动有开销
  • 新生代：多采用标记-复制（对象存活率低）。
  • 老年代：多采用标记-清除或标记-整理（对象存活率高，复制成本大）。

2.3 常见垃圾回收器 ​

回收器区域特点
Serial新生代单线程，STW，适合单核/小堆
ParNew新生代多线程版 Serial，常与 CMS 搭配
Parallel Scavenge新生代多线程，关注吞吐量
Serial Old老年代单线程，标记-整理
Parallel Old老年代多线程，与 Parallel Scavenge 搭配
CMS老年代并发标记清除，低停顿，有碎片、并发阶段占用 CPU
G1全堆分区（Region），可预测停顿，兼顾吞吐与低延迟
ZGC / Shenandoah全堆超低延迟，适合大堆

面试重点：

  • CMS：并发收集，减少 STW；缺点为碎片、并发阶段 CPU 敏感、可能产生浮动垃圾。
  • G1：将堆划分为多个 Region，优先回收价值高（回收收益大）的 Region，适合大堆和停顿时间敏感场景。

2.4 Minor GC、Major GC、Full GC ​

  • Minor GC：新生代 GC，较频繁，速度较快。
  • Major GC：通常指老年代 GC（有时与 Full GC 混用）。
  • Full GC：整堆 + 方法区/元空间回收，STW 最长，应尽量减少发生。

3. 类加载机制 ​

3.1 类加载过程 ​

  1. 加载（Loading）
    将 class 文件读入内存，生成 Class 对象。
  2. 链接（Linking）
    • 验证：格式、字节码、符号引用等。
    • 准备：为类静态变量分配内存并设零值；static final 常量在准备阶段即可赋字面量。
    • 解析：将常量池中的符号引用替换为直接引用。
  3. 初始化（Initialization）
    执行 <clinit>，为静态变量赋真实初值并执行静态块。

面试重点：

  • 准备阶段只做默认零值，不执行赋值语句；初始化阶段才执行静态赋值和 static 块。
  • 触发初始化的典型场景：new、反射、调用静态方法/静态字段（非常量）、子类初始化时先触发父类初始化、主类等。

3.2 双亲委派模型 ​

  • 定义：类加载请求先交给父加载器；父加载器无法加载时，子加载器才尝试加载。
  • 层次：Bootstrap → Extension → Application（系统类加载器）→ 自定义类加载器。
  • 作用：避免类被重复加载；保护核心类库不被应用层同名类替换（如自定义 java.lang.String 不会被加载）。

破坏双亲委派：

  • 如 JDK 1.2 引入双亲委派前已有类加载器未遵循；SPI（如 JDBC）中 Bootstrap 需加载厂商实现，通过线程上下文类加载器（Context ClassLoader）加载。
  • 热部署、OSGi 等场景会按模块使用不同类加载器，也会打破“单一委派”的约束。

3.3 自定义类加载器 ​

  • 继承 ClassLoader，重写 findClass()（建议），在内部调用 defineClass() 将字节数组转为 Class。
  • 一般不重写 loadClass()，否则会破坏双亲委派；重写 findClass() 可在保持委派的前提下自定义“从哪里读 class”。

面试重点：

  • 同一类由同一加载器加载时，才认为“相等”（equals）；不同加载器加载的同一 class 文件会得到不同类。

4. 性能调优与监控 ​

4.1 常用 JVM 参数（示例） ​

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# 堆
-Xms512m                    # 初始堆
-Xmx512m                    # 最大堆（建议与 -Xms 相同，避免动态扩展）
-Xmn256m                    # 新生代（老年代 = 堆 - 新生代）
-XX:SurvivorRatio=8         # Eden : Survivor = 8 : 1 : 1

# 元空间（JDK 8）
-XX:MetaspaceSize=128m
-XX:MaxMetaspaceSize=256m

# GC 选择
-XX:+UseG1GC                # 使用 G1
-XX:MaxGCPauseMillis=200    # 期望最大停顿（G1 等）

# GC 日志（JDK 8）
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:gc.log

# GC 日志（JDK 9+）
-Xlog:gc*:file=gc.log:time,level,tags

4.2 内存泄漏排查思路 ​

  • 现象：堆持续增长、Full GC 频繁但回收不多、最终 OOM。
  • 步骤：
    1. 使用 jmap -heap <pid> 看堆概况；jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid> 导出堆快照。
    2. 用 MAT、JProfiler 等分析：查看支配树、大对象、重复/异常集合（如未关闭的集合不断加入对象）。
    3. 结合业务：未关闭的连接、监听器未移除、静态集合无限增长、ThreadLocal 未 remove 等。

4.3 GC 日志简要解读 ​

  • 关注：Young GC / Full GC 频率、每次停顿时间、回收前后各区域容量变化。
  • 若 Young GC 频繁且回收少：可能是新生代过小或短生命周期对象过多。
  • 若 Full GC 频繁且老年代居高不下：可能存在老年代堆积或泄漏。

4.4 常用监控与诊断工具 ​

工具/命令作用
jps列出 Java 进程
jstat查看 GC、类加载、编译等统计（如 jstat -gc <pid> 1000）
jmap堆信息、堆转储（-heap、-dump）
jstack线程快照，查死锁、阻塞（jstack <pid>）
jinfo查看/修改 JVM 参数
VisualVM图形化监控堆、线程、CPU、GC
Arthas在线诊断：反编译、查看堆栈、监控方法调用、追踪等

面试重点：

  • 线上 CPU 飙高：先用 top 定位进程和线程，再用 jstack 看该线程栈，结合代码定位。
  • OOM：堆转储 + MAT 分析，看哪些对象占用量大、是否合理、是否有泄漏路径。

小结 ​

  • 内存：堆（对象）、栈（栈帧）、方法区/元空间（类元信息）；堆分新生代与老年代，新生代常用复制算法。
  • GC：可达性分析判活；算法有标记-清除、标记-复制、标记-整理；回收器按场景选 Serial、CMS、G1、ZGC 等。
  • 类加载：加载 → 链接（验证、准备、解析）→ 初始化；双亲委派保证核心类安全；自定义类加载器一般重写 findClass()。
  • 调优与排查：合理设置堆与 GC 参数；结合 jstat、jmap、jstack、堆转储与 MAT/Arthas 做内存与 CPU 问题定位。

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