JVM面试

深入理解Java内存模型：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3447546.html

http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1

原理

类加载的五个过程：加载、验证、准备、解析、初始化。

双亲委派模型：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、ApplicationClassLoader。

分派：静态分派与动态分派。

1. Java的内存模型以及GC算法

1. 并发

定义：即，并发(同时)发生。在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并发需要处理两个关键问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步。

(01) 通信 —— 是指线程之间如何交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。

(02) 同步—— 是指程序用于控制不同线程之间操作发生相对顺序的机制。在Java中，可以通过volatile，synchronized, 锁等方式实现同步。

2.主内存和本地内存

主内存     —— 即main memory。在java中，实例域、静态域和数组元素是线程之间共享的数据，它们存储在主内存中。

本地内存 —— 即local memory。 局部变量，方法定义参数 和 异常处理器参数是不会在线程之间共享的，它们存储在线程的本地内存中。

3.重排序

定义：重排序是指“编译器和处理器”为了提高性能，而在程序执行时会对程序进行的重排序。

说明：重排序分为——“编译器”和“处理器”两个方面，而“处理器”重排序又包括“指令级重排序”和“内存的重排序”。

关于重排序，我们需要理解它的思想：为了提高程序的并发度，从而提高性能！但是对于多线程程序，重排序可能会导致程序执行的结果

不是我们需要的结果！因此，就需要我们通过“volatile，synchronize，锁等方式”作出正确的实现同步。

4.内存屏障

定义：包括LoadLoad, LoadStore, StoreLoad, StoreStore共种内存屏障。内存屏障是与相应的内存重排序相对应的。

屏障类型	指令示例	说明
LoadLoad Barriers	Load1; LoadLoad; Load2	确保Load1数据的装载，之前于Load2及所有后续装载指令的装载。
StoreStore Barriers	Store1; StoreStore; Store2	确保Store1数据对其他处理器可见（刷新到内存），之前于Store2及所有后续存储指令的存储。
LoadStore Barriers	Load1; LoadStore; Store2	确保Load1数据装载，之前于Store2及所有后续的存储指令刷新到内存。
StoreLoad Barriers	Store1; StoreLoad; Load2	确保Store1数据对其他处理器变得可见（指刷新到内存），之前于Load2及所有后续装载指令的装载。StoreLoad Barriers会使该屏障之前的所有内存访问指令（存储和装载指令）完成之后，才执行该屏障之后的内存访问指令。

作用：通过内存屏障可以禁止特定类型处理器的重排序，从而让程序按我们预想的流程去执行。

5. happens-before

定义：JDK5(JSR-133)提供的概念，用于描述多线程操作之间的内存可见性。如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。

作用：描述多线程操作之间的内存可见性。

[程序顺序规则]：一个线程中的每个操作，happens- before 于该线程中的任意后续操作。

[监视器锁规则]：对一个监视器锁的解锁，happens- before 于随后对这个监视器锁的加锁。

[volatile变量规则]：对一个volatile域的写，happens- before 于任意后续对这个volatile域的读。

[传递性]：如果A happens- before B，且B happens- before C，那么A happens- before C。

6. 数据依赖性

定义：如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个为写操作，此时这两个操作之间就存在数据依赖性。

作用：编译器和处理器不会对“存在数据依赖关系的两个操作”执行重排序。

7.as-if-serial

定义：不管怎么重排序，程序的执行结果不能被改变。

8. 顺序一致性内存模型

定义：它是理想化的内存模型。有以下规则：

(01) 一个线程中的所有操作必须按照程序的顺序来执行。

(02) 所有线程都只能看到一个单一的操作执行顺序。在顺序一致性内存模型中，每个操作都必须原子执行且立刻对所有线程可见。

9. JMM

定义：Java Memory Mode，即Java内存模型。它是Java线程之间通信的控制机制。

说明：JMM对Java程序作出保证——如果程序是正确同步的，程序的执行将具有顺序一致性。即，程序的执行结果与该程序在顺序一致性内存模型中的执行结果相同。

10. 可见性

可见性一般用于指不同线程之间的数据是否可见。

在java中， 实例域、静态域和数组元素这些数据是线程之间共享的数据，它们存储在主内存中；主内存中的所有数据对该内存中的线程都是可见的。而局部变量，方法定义参数 和 异常处理器参数这些数据是不会在线程之间共享的，它们存储在线程的本地内存中；它们对其它线程是不可见的。

此外，对于主内存中的数据，在本地内存中会对应的创建该数据的副本(相当于缓冲)；这些副本对于其它线程也是不可见的。

11. 原子性

是指一个操作是按原子的方式执行的。要么该操作不被执行；要么以原子方式执行，即执行过程中不会被其它线程中断。

同步机制：

1.volatile

1.1 作用

如果一个变量是volatile类型，则对该变量的读写就将具有原子性。如果是多个volatile操作或类似于volatile++这种复合操作，这些操作整体上不具有原子性。volatile变量自身具有下列特性：

      [可见性]：对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。

      [原子性]：对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

1.2 volatile的内存语义

volatile写：当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存。

volatile读：当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

1.3 JMM中的实现方式

JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表：

是否能重排序	第二个操作
第一个操作	普通读/写	volatile读	volatile写
普通读/写			NO
volatile读	NO	NO	NO
volatile写		NO	NO

1.4 volatile和 synchronize对比

在功能上，监视器锁比volatile更强大；在可伸缩性和执行性能上，volatile更有优势。

volatile仅仅保证对单个volatile变量的读/写具有原子性；而synchronize锁的互斥执行的特性可以确保对整个临界区代码的执行具有原子性。

2.锁

2.1 作用

锁是java并发编程中最重要的同步机制。

2.2 锁的内存语义

(01) 线程A释放一个锁，实质上是线程A向接下来将要获取这个锁的某个线程发出了（线程A对共享变量所做修改的）消息。

(02) 线程B获取一个锁，实质上是线程B接收了之前某个线程发出的（在释放这个锁之前对共享变量所做修改的）消息。

(03) 线程A释放锁，随后线程B获取这个锁，这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息。

2.3 JMM如何实现锁

公平锁

公平锁是通过“volatile”实现同步的。公平锁在释放锁的最后写volatile变量state；在获取锁时首先读这个volatile变量。根据volatile的happens-before规则，释放锁的线程在写volatile变量之前可见的共享变量，在获取锁的线程读取同一个volatile变量后将立即变的对获取锁的线程可见。

非公平锁

通过CAS实现的，CAS就是compare and swap。CAS实际上调用的JNI函数，也就是CAS依赖于本地实现。以Intel来说，对于CAS的JNI实现函数，它保证：(01)禁止该CAS之前和之后的读和写指令重排序。(02)把写缓冲区中的所有数据刷新到内存中。

3.final

3.1 特性

对于基本类型的final域，编译器和处理器要遵守两个重排序规则：

(01) final写：“构造函数内对一个final域的写入”，与“随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量”，这两个操作之间不能重排序。

(02) final读：“初次读一个包含final域的对象的引用”，与“随后初次读对象的final域”，这两个操作之间不能重排序。

对于引用类型的final域，除上面两条之外，还有一条规则：

(03) final写：在“构造函数内对一个final引用的对象的成员域的写入”，与“随后在构造函数外把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量”，这两个操作之间不能重排序。

注意：

写final域的重排序规则可以确保：在引用变量为任意线程可见之前，该引用变量指向的对象的final域已经在构造函数中被正确初始化过了。其实要得到这个效果，还需要一个保证：在构造函数内部，不能让这个被构造对象的引用为其他线程可见，也就是对象引用不能在构造函数中“逸出”。

3.2 JMM如何实现final

通过“内存屏障”实现。

在final域的写之后，构造函数return之前，插入一个StoreStore障屏。在读final域的操作前面插入一个LoadLoad屏障。

2. jvm性能调优都做了什么

3. 介绍JVM中7个区域，然后把每个区域可能造成内存的溢出的情况说明

内存溢出和合理分配：http://blog.csdn.net/ye1992/article/details/9344807

http://flychao88.iteye.com/blog/2226205

http://www.itzhai.com/jvm-note-automatic-memory-management-mechanism.html#read-more

器池堆，栈栈区区

三个私有区：指令计数器，线程池，本地线程池

四个共享区：方法区，常量池，直接内存区，本地线程栈

堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的

在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)

1.4.1、Java堆溢出

参数- XX:+ HeapDumpOnOutOfMemoryError

先通过内存映像分析工具（如 Eclipse Memory Analyzer） 对 Dump 出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（ Memory Leak） 还是内存溢出（ Memory Overflow）。

如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到 GC Roots 的引用链。

如果不存在泄露，换句话说，就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（- Xmx 与- Xms）

1.4.2、虚拟机栈和本地方法栈溢出

在 HotSpot 虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此，对于 HotSpot 来说，虽然- Xoss 参数（设置本地方法栈大小）存在，但实际上是无效的，栈容量只由- Xss 参数设定。

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出 StackOverflowError 异常。如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出 OutOfMemoryError 异常。

限制于单线程中的操作，尝试了下面两种方法均无法让虚拟机产生 OutOfMemoryError 异常，尝试的结果都是获得 StackOverflowError 异常

在单个线程下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是 StackOverflowError 异常。

2GB内存容量（ 操作系统限制）减去 Xmx（ 最大堆容量），再减去 MaxPermSize（ 最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉。如果虚拟机进程本身耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。

如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数或者更换 64 位虚拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程。

1.4.3、方法区和运行时常量池溢出

运行时常量池是方法区的一部分

在 JDK 1.6 及之前的版本中，由于常量池分配在永久代内，我们可以通过- XX: PermSize 和- XX: MaxPermSize 限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量

" PermGen space"， 说明运行时常量池属于方法区（ HotSpot 虚拟机中的永久代）的一部分。

而使用 JDK 1.7 运行这段程序就不会得到相同的结果， while 循环将一直进行下去。

在 JDK 1.6 中， intern() 方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由 StringBuilder 创建的字符串实例在 Java 堆上，所以必然不是同一个引用

而 JDK 1.7（ 以及部分其他虚拟机，例如 JRockit） 的 intern() 实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，因此 intern() 返回的引用和由 StringBuilder 创建的那个字符串实例是同一个。

方法区用于存放 Class 的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。

一个类要被垃圾收集器回收掉，判定条件是比较苛刻的。在经常动态生成大量 Class 的应用中，需要特别注意类的回收状况。

1.4.4、本机字节内存溢出

DirectMemory 容量可通过- XX: MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与 Java 堆最大值（- Xmx 指定）一样

如果读者发现 OOM 之后 Dump 文件很小，而程序中又直接或间接使用了 NIO， 那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。

 

4. 介绍GC 和GC Root不正常引用。

GC(Garbage Collector) roots，特指的是垃圾收集器（Garbage Collector）的对象，GC会收集那些不是GC roots且没有被GC

roots引用的对象。

GC root有几下种：

• Class - 由系统类加载器(system class loader)加载的对象，这些类是不能够被回收的，他们可以以静态字段的方式保存持有其它对象。我们需要注意的一点就是，通过用户自定义的类加载器加载的类，除非相应的java.lang.Class实例以其它的某种（或多种）方式成为roots，否则它们并不是roots，.
• Thread - 活着的线程
• Stack Local - Java方法的local变量或参数
• JNI Local - JNI方法的local变量或参数
• JNI Global - 全局JNI引用
• Monitor Used - 用于同步的监控对象
• Held by JVM - 用于JVM特殊目的由GC保留的对象，但实际上这个与JVM的实现是有关的。可能已知的一些类型是：系统类加载器、一些JVM知道的重要的异常类、一些用于处理异常的预分配对象以及一些自定义的类加载器等。然而，JVM并没有为这些对象提供其它的信息，因此就只有留给分析分员去确定哪些是属于"JVM持有"的了。

5. 自己从classload 加载方式，加载机制说开去，从程序运行时数据区，讲到内存分配，讲到String常量池，讲到JVM垃圾回收机制，算

法，hotspot。反正就是各种扩展

6. jvm 如何分配直接内存， new 对象如何不分配在堆而是栈上，常量池解析

7. 数组多大放在 JVM 老年代（不只是设置 PretenureSizeThreshold ，问通常多大，没做过一问便知）

8. 老年代中数组的访问方式

9. GC 算法，永久代对象如何 GC ， GC 有环怎么处理

10. 谁会被 GC ，什么时候 GC

11. 如果想不被 GC 怎么办

12. 如果想在 GC 中生存 1 次怎么办

13、普遍认为尽量不要使用finalize()进行资源释放,为什么？

在finalize时可能会导致对象复活

finalize的执行时间是没有保障的，它完全由GC线程决定，极端情况下，若不发生GC，则finalize没有机会执行

一个糟糕的finalize会严重影响GC性能

回收对象-->>FinalizerThread的执行队列-->>

但是，在某些场合，使用finalize可以起到双保险作用：在MySQL的JDBC驱动中，com.mysql.jdbc.ConnectionImpl就实现

了finalize

14、GC的两种判定方法：引用计数与引用链