对象一定是在堆中创建的吗？

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逃逸

在方法中创建对象之后，如果这个对象除了在方法体中还在其它地方被引用了，此时如果方法执行完毕，由于该对象有被引用，所以 GC 有可能是无法立即回收的，此时便成为 内存逃逸现象。

逃逸状态：

一个对象有三种逃逸状态：

  1. 全局逃逸（GlobalEscape）：即一个对象的作用范围逃出了当前方法或者当前线程，

    一般有以下几种场景：
    ① 对象是一个静态变量
    ② 对象是一个已经发生逃逸的对象
    ③ 对象作为当前方法的返回值

  2. 参数逃逸（ArgEscape）：即一个对象被作为方法参数传递或者被参数引用，但在调用过程中不会发生全局逃逸，这个状态是通过被调方法的字节码确定的。

  3. 没有逃逸：即方法中的对象没有发生逃逸。

public class EscapeAnalysisTest {

    public static Object globalVariableObject;

    public Object instanceObject;

    public void globalVariableEscape(){
        globalVariableObject = new Object();  // 静态变量，外部线程可见，发生逃逸
    }

    public void instanceObjectEscape(){
        instanceObject = new Object();  // 赋值给堆中实例字段，外部线程可见，发生逃逸
    }
    
    public Object returnObjectEscape(){
        return new Object();   // 返回实例，外部线程可见，发生逃逸
    }

    public void noEscape(){
        Object noEscape = new Object();   // 仅创建线程可见，对象无逃逸
    }

}

标量替换

标量可以理解成一种不可分解的变量，如java内部的基本数据类型、引用类型等。 与之对应的聚合量是可以被拆解的，如对象。

当通过逃逸分析一个对象只会作用于方法内部，虚拟机可以通过使用标量替换来进行优化。

public String noEscape(){
       Person person = new Person(26, "TomCoding noEscape");
       return person.name;
   }

比如上述noEscape()方法中person对象只会在方法内部，通过标量替换技术得到如下伪码：

public String noEscape(){
    int age = 26;
    String name = "TomCoding noEscape";
    return name;
}

可以看到运行上面伪码之后，将不再从堆中分配内存创建Person对象，而是将成员变量分解作为栈帧中的局部变量。这样随着方法调用结束，栈帧也会销毁。有效的减少了堆中创建对象及gc次数

逃逸分析的优势

  • 同步消除（锁消除）

因为同步锁是非常消耗性能的，所以当编译器确定一个对象没有发生逃逸时，它便会移除该对象的同步锁。

  • 标量替换

首先要明白标量和聚合量，基础类型和对象的引用可以理解为标量，它们不能被进一步分解。而能被进一步分解的量就是聚合量，比如：对象。

对象是聚合量，它又可以被进一步分解成标量，将其成员变量分解为分散的变量，这就叫做标量替换。

这样，如果一个对象没有发生逃逸，那压根就不用创建它，只会在栈或者寄存器上创建它用到的成员标量，节省了内存空间，也提升了应用程序性能。

  • 栈内存分配

栈内存分配很好理解，在上文中提过，就是将原本分配在堆内存上的对象转而分配在栈内存上，这样就可以减少堆内存的占用，从而减少 GC 的频次。

什么是程序计数器？

程序计数器是每个线程私有的（线程安全的），每个线程一份，内部保存的字节码的行号，用于记录正在执行的字节码指令的地址。

详细介绍Java堆

堆是线程共享的区域（线程不安全的）：主要用来保存对象实例，数组等，内存不够则抛出OOM（内存溢出）异常。

java8及之后堆的组成是年轻代 + 老年代。

  • 年轻代被划为三部分，Eden区和两个大小严格相同的Survivor区（幸存者区）
  • 老年代主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象

根据JVM的策略，在经过几次垃圾收集后，任然存活于幸存者区的对象将被移动到老年代区

JDK1.7和JDK1.8的区别

  • 1.7中有一个永久代，存储的是类信息、静态变量、常量、编译后的代码
  • 1.8移除了永久代，把数据存储到了本地内存的元空间中，防止内存溢出

以下为JVM内存结构图：

虚拟机栈

什么是虚拟机栈？

  • 每个线程运行时所需要的内存（线程安全的），称为虚拟机栈，先进后出

  • 每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应每次方法调用时所占用的内存

  • 每个线程只能有一个活动栈，对应着当前正在执行的那个方法

    例如，此时线程调用方法一，那么此时活动栈就是栈一，接着在方法一中调用了方法二，此时栈二压栈，活动栈就变成了栈二

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垃圾回收是否涉及栈内存？

垃圾回收的对象主要指堆内存，而栈内存在栈帧弹出以后就会释放。

栈内存分配的越打越好吗？

并不是。默认的栈内存为1024k(1m)，栈内存过大会导致线程数变少。例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半。

方法内的局部变量是否线程安全？

  • 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，他是线程安全的
  • 如果局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，则需要考虑线程安全

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什么情况可能会导致栈内存溢出？

  • 栈帧过多：例如递归调用

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  • 栈帧过大

堆栈的区别是什么？

  • 栈内存一般会用来存储局部变量和方法调用，但堆内存是用来存储Java对象和数组的。堆会GC垃圾回收，而栈不会。

  • 栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的

  • 两者异常错误不同：

    栈空间不足：StackOverFlowError

    堆空间不足：OutOfMemoryError

介绍一下方法区（元空间）

  • 方法区是各个线程共享的内存区域
  • 主要存储类的信息、运行时常量池
  • 虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
  • 如果方法区中的内存无法满足分配需求，则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace,有时也会提醒你方法区空间太小。

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介绍一下运行时常量池

常量池

可以看作是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息。

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运行时常量池

常量池是*.class文件中的，当该类被加载，它的常量信息就会被放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址。

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你听过直接内存吗？

Java文件拷贝

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常规IO的数据拷贝流程

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由于Java无法直接读取系统缓存区的数据，所以要先将数据拷贝一份到java缓冲区中，正是因为这种不必要的拷贝操作导致常规IO执行效率低。

NIO数据拷贝流程

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Java可以直接读取直接内存，执行效率大大提高。

总结：

  • 直接内存并不属于JVM中的内存结构，不由JVM进行管理，是虚拟机的系统内存。（也就是操作系统内存）
  • 常见于NIO操作时，用于数据缓冲区，分配回收成本较高，但读写性能高，不受JVM内存回收管理

什么是类加载器、双亲委派机制？

类加载器

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JVM只会运行二进制文件，类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。

类加载器种类

启动类加载器（加载对应目录下的类）、扩展类加载器（加载对应目录下的类）、应用类加载器（加载用户自己编写的Java类）、自定义加载器。

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双亲委派模型

加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级加载器也有上级，则会继续向上委托，如果该类委托上级没有被加载，子加载器尝试加载该类。

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例如现在有一个用户编写的Student类，先在AppClassLoader加载，发现有上一级就先委托给上级类加载器加载，然后ExtClassLoader发现有上一级，就继续向上委派给BootStrapClassLoder，此时已经到顶开始正式加载，此时BootStrapClassLoder无法加载，ExtClassLoader开始尝试加载，发现也无法加载，最终回到AppClassLoader加载。

JVM为什么采用双亲委派机制？

  • 通过双亲委派机制可以避免同一个类被反复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。
  • 为了安全，保证类库API不会被修改

​ 例如：

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此时执行main函数会报错，在java.lang.String中找不到main方法。

由于双亲委派机制，java.lang.String在启动类加载器得到加载，但在核心jre库中有其相同名字的类文件，但该类中并没有main方法。这样就能防止恶意篡改核心API库。

类装载的执行过程（重要）

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类装载过程分为以上7个阶段，其中验证、准备和解析这三个部分统称为链接(linking)。

加载

  • 通过类的全名，获取类的二进制数据流
  • 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（Java类模型） （其实就是将类的信息存入到方法区）
  • 创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口

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验证

验证类是否符合JVM规范，安全性检查。

  • 文件格式验证

  • 元数据验证

  • 字节码验证

    以上这三点都是格式检查，例如：文件格式是否错误、语法是否错误、字节码是否错误。

  • 符号引用验证——Class文件在其常量池会通过字符串记录自己将要使用的其他类或者方法，检查他们是否存在

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上图“=”后面的就是所说的字符串。

准备

为类变量（静态变量）分配内存并设置类变量初始值。

  • static变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始阶段完成
  • static变量是final的基本类型以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成
  • static变量是final的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

解析

把类中的符号引用转换为直接引用。

例如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法。

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“#1”、“#2”等就可以看作是符号引用，而通过符号引用找到的java/io/PrintStream、println就是直接引用。

初始化

对类的静态变量、静态代码块执行初始化操作。

  • 如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类
  • 如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行

注意：子类访问父类静态变量，只触发父类初始化

使用

JVM开始从入口方法开始执行用户的程序代码

  • 调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
  • 使用new关键字为其创建对象实例

卸载

当用户程序代码执行完毕后，JVM便开始销毁创建的Class对象。

总结

  • 加载：查找和导入class文件
  • 验证：保证加载类的准确性
  • 准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值
  • 解析：把类中的符号引用转换为直接引用
  • 初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化操作
  • 使用：JVM开始从入口方法开始执行用户的程序代码
  • 卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM便开始销毁创建的Class对象

对象什么时候可以被垃圾回收？

如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收。

定位垃圾的方式有两种：

  • 引用计数法（对象间循环引用会导致内存泄漏）

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  • 可达性分析算法

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​ 扫描堆中的对象，看是否能够沿着GC Root对象为起点的引用链找到该对象，找不到就表示可以回收。（上图中的X,Y两个节点是可以回收的）

哪些对象可以作为GC Root?

  • 虚拟机栈中引用的对象

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  • 方法区中类静态属性引用的对象

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  • 方法区中常量引用的对象

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  • 本地方法中JNI（即Native方法）引用的对象

JVM垃圾回收算法有哪些？

  • 标记清除算法：垃圾回收分为两个阶段，分别是标记和清除，效率高，有磁盘碎片，内存不连续。

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  • 标记整理算法：和标记清除算法一样，将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，无碎片，对象需要移动，效率低。（一般老年代使用）

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  • 复制算法：将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。无碎片，内存使用率低。（一般年轻代使用）

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说一下JVM中的分代回收

一、堆的区域划分

  • 堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】

  • 对于新生代，内部又被分为了三个区域，Eden，幸存者区survivor（分成from和to）【8：1：1】

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二、对象回收分代回收策略

  • 新创建的对象都会先分配到Eden区
  • 当Eden区内存不足，标记Eden与from的存活对象
  • 将存活对象采用复制算法复制到to中，复制完毕后，Eden和from内存都得到释放
  • 经过一段时间后Eden的内存又出现不足，标记Eden区和to区存活对象，将其复制到from区
  • 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存者区内存不足或者大对象会提前晋升）

MinorGC、MixedGC、FullGC的区别是什么？

  • MinorGC（youngGC）发生在新生代的垃圾回收、暂停时间（STW）短
  • MixedGC:新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1收集器持有
  • FullGC：新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间（STW）长，应尽力避免

STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收完成

说一下JVM有哪些垃圾回收器？

  • 串行垃圾收集器：Serial GC、Serial Old GC

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  • 并行垃圾收集器：Parallel Old GC、ParNew GC（JDK8默认使用此垃圾回收器）

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  • CMS(并发)垃圾收集器：CMS GC，作用在老年代

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  • G1垃圾收集器，作用在新生代和老年代（JDK9之后默认使用G1）

详细聊一下G1垃圾回收器

  • 应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用
  • 划分为多个区域，每个区域都可以充当Eden、Survivor、old、humongous，其中humongous专为大对象准备
  • 采用复制算法
  • 响应时间与吞吐量兼顾
  • 分成三个阶段：新生代回收（stw）、并发标记（重新标记要stw）、混合收集
  • 如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象的速度）会触发Full GC

Java内存泄漏的排查思路

内存泄漏通常是指堆内存，通常是指一些大对象不被回收的情况

  • 通过jmap或设置jvm参数获取堆内存快照dump
  • 通过工具VisualVM去分析dump分析，VisualVM可以加载离弦的dump文件
  • 通过查看堆信息的情况，可以大概定位内存溢出是哪行代码出了问题
  • 找到对应的代码，通过阅读上下文的情况，进行修复即可