JVM 高质量面试题
📌 文章目录
- 一、JVM 内存结构与运行时模型
- 1. JVM 内存结构分区及作用
- 2. 栈帧结构及方法调用链维护
- 3. 逃逸分析及其对对象分配策略的影响
- 4. TLAB 的作用及提升对象创建效率的机制
- 二、垃圾回收器与 GC 调优
- 1. CMS 与 G1 垃圾收集器的设计区别及适用场景
- 2. Full GC 频繁问题的排查流程及调优思路
- 3. 控制 GC 日志输出的参数及常用日志字段
- 4. GC Root 的概念及内存泄漏定位
- 5. GC 的并发阶段及 G1 GC 的并发标记机制
- 三、JVM 类加载与双亲委派模型
- 1. 双亲委派模型及其设计初衷
- 2. 自定义类加载器的实现及应用场景
- 3. Spring Boot 中的类加载器双加载问题及解决方案
- 4. 类加载过程及字节码增强技术的拦截点
- 四、即时编译（JIT）与代码优化机制
- 1. 什么是即时编译（JIT）？与解释执行有何区别？
- 2. JIT 编译器有哪几种？C1 与 C2 编译器分别适用于什么场景？
- 3. 什么是方法内联？为什么它能提高性能？它的副作用有哪些？
- 4. 什么是分层编译？它在生产环境下有哪些优势？
- 五、JVM 参数调优与容器部署实践
- 1. 在容器（如 Docker）中运行 Java 服务时有哪些 JVM 参数需要特别注意？
- 2. 有哪些常用的 JVM 性能调优参数？请说明它们的作用。
- 3. 你如何设置 Java 服务的资源限制（CPU/内存）以避免容器 OOM 或过度 GC？
- 六、JVM 故障诊断与生产排查
- 1. 线上服务发生 Full GC 停顿，你如何快速定位问题？
- 2. 如何利用 jstack 分析 Java 死锁或线程阻塞问题？
- 3. 你遇到过 `java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace` 吗？原因与解决方案？
- 4. 如何判断某服务是否频繁 GC？如何量化其影响？
- Bonus：开放式问题与思维题
- 1. 如果你需要设计一套 JVM 运行时监控平台，你会从哪些维度进行采集与分析？
- 2. 你如何在无重启情况下动态调整 JVM 行为？实际应用中你用过吗？
一、JVM 内存结构与运行时模型
1. JVM 内存结构分区及作用
JVM 运行时内存结构主要包含以下部分：
- 程序计数器：线程私有，记录当前线程执行的字节码指令地址，确保线程切换后能继续执行。
- 虚拟机栈：线程私有，通过栈帧保存方法调用的局部变量、操作数栈、动态链接等信息。
- 本地方法栈：与虚拟机栈类似，专用于支持 native 方法的调用。
- 堆（Heap）：线程共享，是对象实例的主要分配区域，分为新生代（Eden+Survivor）和老年代。
- 方法区（MetaSpace）：从 JDK8 开始，HotSpot 将永久代（PermGen）替换为元空间（MetaSpace），用于存储类元信息、常量池等。
堆与元空间的区别：堆用于存储对象实例，而元空间用于存储类元数据，如类结构、方法、常量池等。堆位于 JVM 内部，元空间则使用本地内存。
2. 栈帧结构及方法调用链维护
每个方法调用都会创建一个栈帧，包含以下结构：
- 局部变量表（Local Variable Table）
- 操作数栈（Operand Stack）
- 动态链接（Dynamic Linking）
- 方法返回地址
- 额外信息（如异常处理表）
调用链维护机制：每次方法调用时，JVM 将栈帧压入虚拟机栈（LIFO 结构）；方法返回时，栈帧出栈并返回执行结果，从而形成调用链。
3. 逃逸分析及其对对象分配策略的影响
逃逸分析（Escape Analysis）是 JIT 编译阶段的优化技术，用于判断对象是否会逃离当前方法或线程作用域。
影响：
- 栈上分配：若对象不会逃逸，可在栈上分配，生命周期与方法同步，避免堆分配和 GC。
- 同步省略：不逃逸的对象无需加锁，省去 synchronized 带来的性能损耗。
- 标量替换：将对象拆解为多个标量变量进行优化。
4. TLAB 的作用及提升对象创建效率的机制
TLAB（Thread-Local Allocation Buffer）是 JVM 为每个线程预留的一块内存区域，用于在 Eden 区中进行快速对象分配。
作用：
- 减少多线程环境下对 Eden 区的竞争。
- 对象分配只需指针移动（bump-the-pointer）。
- 小对象可以在用户态完成分配，提升效率。
二、垃圾回收器与 GC 调优
1. CMS 与 G1 垃圾收集器的设计区别及适用场景
CMS（Concurrent Mark-Sweep）：关注低延迟，基于“标记-清除”算法，老年代并发回收但容易产生碎片。
G1（Garbage First）：采用区域化堆设计，按 Region 管理，可预测停顿时间，适用于大堆和高并发场景。
选择 G1 的场景：
- 服务端应用
- 大堆（>4GB）
- STW 敏感业务（如支付、游戏）
2. Full GC 频繁问题的排查流程及调优思路
常见原因：
- 老年代空间不足
- 元空间溢出
- GC Root 增加导致存活对象增多
- 内存泄漏
排查流程：
- 开启 GC 日志：
-Xlog:gc* - 分析 YGC 与 FGC 频率
- 使用
jmap -heap查看堆结构 - 使用
jmap -histo或 MAT 工具查找泄漏 - 检查对象引用链及缓存清理策略
调优手段：
- 增加老年代大小
- 调整
-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize - 优化代码中的引用和缓存逻辑
- 切换为 G1 或 ZGC，减少 FGC 触发
3. 控制 GC 日志输出的参数及常用日志字段
JDK 8：
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/path/gc.log
JDK 9+：
-Xlog:gc*,safepoint,gc+heap=debug:file=gc.log
常用字段：
- GC 类型（YGC/FGC）<