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JVM面试精选 20 题（终）

news 2025/8/21 14:22:37

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      • 1. Java 虚拟机是如何判断一个类是否可以卸载的？
      • 2. Java 虚拟机栈中存储了什么？栈帧又是什么？
      • 3. 什么叫 JVM 的内存泄漏（Memory Leak）？
      • 4. 什么是偏向锁、轻量级锁和重量级锁？
      • 5. 为什么说 ConcurrentHashMap 线程安全，并且效率高？
      • 6. JVM 怎么实现方法重载（Overload）和方法重写（Override）？
      • 7. 什么是逃逸分析的标量替换？
      • 8. JVM 为什么需要常量池？
      • 9. 什么是 JNI（Java Native Interface）？
      • 10. JVM 的内存模型（JMM）是什么？它解决了什么问题？
      • 11. 什么是 GC Roots？哪些对象可以作为 GC Roots？
      • 12. 什么是 JVM 的“元空间”（Metaspace）？
      • 13. 说说什么是 JVM 内存模型中的“主内存”和“工作内存”？
      • 14. 什么是指令重排？为什么会发生？
      • 15. 什么是对象头中的 Mark Word？
      • 16. 什么是 Java 中的类初始化 `<clinit>()` 方法？
      • 17. 说说 Java 中类的加载器有哪些？
      • 18. 什么是 JVM 的内存屏障（Memory Barrier）？
      • 19. 说说 JVM 的即时编译模式有哪些？
      • 20. 简述 JVM 的调优思路和步骤。

1. Java 虚拟机是如何判断一个类是否可以卸载的？

解答：

判断一个类是否可以卸载，需要满足以下三个条件：

  1. 该类的所有实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。
  2. 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。
  3. 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

只有同时满足这三个条件，JVM 才会在 GC 时考虑卸载这个类。

2. Java 虚拟机栈中存储了什么？栈帧又是什么？

解答：

Java 虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。它存储了用于方法执行过程中的数据，包括：

  • 局部变量表（Local Variable Table）：存放方法参数和方法内部定义的局部变量。
  • 操作数栈（Operand Stack）：用于存放方法执行时的中间计算结果。
  • 动态链接（Dynamic Linking）：指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。
  • 方法返回地址（Return Address）：当方法执行完毕后，记录返回到哪里继续执行。

栈帧（Stack Frame） 是虚拟机栈的元素，它是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。每个方法从调用到执行结束，都对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

3. 什么叫 JVM 的内存泄漏（Memory Leak）？

解答：

内存泄漏是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，导致系统可用的内存越来越少。虽然 JVM 有自动垃圾回收机制，但仍然可能发生内存泄漏。

常见的内存泄漏场景：

  • 长生命周期的对象持有短生命周期的对象引用：例如，一个静态 HashMap 缓存了很多对象，但这些对象使用完后没有从 HashMap 中移除，导致它们永远无法被回收。
  • 资源未关闭：如数据库连接、网络连接、文件流等，使用后没有调用 close() 方法释放资源，导致内存泄漏。
  • 内部类持有外部类的引用：非静态内部类会隐式持有外部类的引用，如果内部类的生命周期长于外部类，可能导致外部类无法被回收。

4. 什么是偏向锁、轻量级锁和重量级锁？

解答：

这是 Java 对象锁在 JVM 中的不同状态，它们是 JVM 为了提高锁的性能而引入的优化机制。

  • 偏向锁（Biased Locking）：当一个线程第一次获得锁时，JVM 会在对象头中记录该线程 ID。如果该线程再次进入同步块，则无需任何同步操作，直接执行。当其他线程竞争时，偏向锁会升级为轻量级锁。
  • 轻量级锁（Lightweight Locking）：当偏向锁升级后，或者多个线程交替访问同步块时，JVM 会使用轻量级锁。它通过自旋（Spinning）来等待锁释放，避免了线程的挂起和恢复，开销较小。
  • 重量级锁（Heavyweight Locking）：当多个线程同时竞争锁，且自旋无法获取锁时，轻量级锁会膨胀为重量级锁。此时，没有获取到锁的线程会被阻塞（wait），进入等待队列，直到锁被释放。

5. 为什么说 ConcurrentHashMap 线程安全，并且效率高？

解答：

ConcurrentHashMap 相比 Hashtable 和 synchronizedMap，效率高的原因在于它采用了更细粒度的锁机制：

  • JDK 1.7：使用 分段锁（Segment Lock）。它将整个哈希表分为多个 Segment，每个 Segment 都是一个独立的锁。当一个线程修改某个 Segment 中的数据时，其他线程可以同时访问或修改其他 Segment，实现了并发。
  • JDK 1.8：放弃了分段锁，而是采用 CAS（Compare-and-Swap） 和 synchronized 结合的方式。put 操作时，只对需要修改的哈希桶加锁，粒度更小。大多数并发操作（如 get）甚至不需要加锁，通过 volatile 保证可见性。

6. JVM 怎么实现方法重载（Overload）和方法重写（Override）？

解答：

  • 方法重载（Overload）：

    • 实现：发生在编译期，通过**方法签名（Method Signature）**来区分，即方法名相同，但参数列表（参数类型、个数和顺序）不同。
    • 原理：编译器会根据传入的参数类型、个数等信息，在编译时就确定调用哪个重载方法。

  • 方法重写（Override）：

    • 实现：发生在运行期，子类对父类的方法进行重新实现，要求方法名、参数列表和返回值类型都相同。
    • 原理：利用 多态（Polymorphism）。在运行时，JVM 根据对象的实际类型（而不是声明的类型），调用对应的方法。这是通过 虚方法表（Virtual Method Table） 实现的。

7. 什么是逃逸分析的标量替换？

解答：

标量（Scalar） 指一个无法再分解成更小的数据的数据，如 int、long 等基本类型。聚合量（Aggregate） 则可以继续分解，如对象。

标量替换是指当逃逸分析证明一个对象不会被外部访问，并且这个对象可以被分解时，JVM 不再创建这个对象本身，而是直接创建它的成员变量。

举例：

public void test() {Point point = new Point(1, 2); // Point 是聚合量System.out.println("x=" + point.x + ", y=" + point.y);
}

如果经过逃逸分析，JVM 发现 point 对象只在 test 方法内部使用，并且可以分解，它可能会直接将 point.x 和 point.y 替换为两个独立的局部变量，从而消除对象创建的开销，减轻了 GC 压力。

8. JVM 为什么需要常量池？

解答：

常量池（Constant Pool） 是 class 文件中的一部分，它存储了编译期生成的各种字面量和符号引用。常量池的存在有以下重要作用：

  1. 节省空间：例如，程序中多次出现的字符串常量，只会在常量池中存储一份。
  2. 动态链接：在类加载的解析阶段，会将常量池中的符号引用转换为直接引用。
  3. 支持字面量和符号引用：
    • 字面量：如文本字符串、final 常量值等。
    • 符号引用：如类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符等。

9. 什么是 JNI（Java Native Interface）？

解答：

JNI（Java Native Interface）是 Java 本地接口，它允许 Java 代码与其他语言（主要是 C/C++）编写的代码进行交互。

使用场景：

  • 调用底层操作系统或硬件接口：Java 本身无法直接访问操作系统底层功能，通过 JNI 可以调用 C/C++ 实现的本地库。
  • 性能敏感的代码：对于某些计算密集型的任务，如果 Java 语言无法达到理想的性能，可以将其核心逻辑用 C/C++ 实现，然后通过 JNI 调用。
  • 利用现有 C/C++ 库：重用已有的 C/C++ 代码库，无需重新用 Java 实现。

10. JVM 的内存模型（JMM）是什么？它解决了什么问题？

解答：

JMM（Java Memory Model）是 Java 虚拟机规范中的一部分，它定义了线程和主内存之间的关系，以及程序中各种变量的访问规则。JMM 解决了并发编程中可见性、原子性和有序性的问题。

  • 可见性：一个线程对共享变量的修改，对其他线程是立即可见的。volatile 和 synchronized 关键字可以保证可见性。
  • 原子性：一个或多个操作，要么全部执行成功，要么全部不执行。synchronized 可以保证原子性。
  • 有序性：程序执行的顺序和代码的编写顺序一致。JMM 允许编译器和处理器进行指令重排，以提高性能。volatile 和 synchronized 可以禁止指令重排。

JMM 旨在屏蔽底层硬件和操作系统的差异，确保 Java 程序在各种平台上都能得到一致的内存访问效果。

11. 什么是 GC Roots？哪些对象可以作为 GC Roots？

解答：

GC Roots 是垃圾回收器进行可达性分析的起始点。从这些根节点开始，GC 遍历所有引用链，任何无法被根节点直接或间接访问到的对象，都被认为是可回收的。

可以作为 GC Roots 的对象包括：

  • 虚拟机栈中引用的对象：栈帧中的局部变量表所引用的对象。
  • 方法区中静态属性引用的对象：类中的静态变量。
  • 方法区中常量引用的对象：字符串常量池中的引用。
  • 本地方法栈中 JNI 引用的对象：native 方法引用的对象。
  • 所有被同步锁（synchronized）持有的对象。

12. 什么是 JVM 的“元空间”（Metaspace）？

解答：

元空间（Metaspace） 是 JDK 1.8 中用来取代永久代（Permanent Generation） 的内存区域。

  • 永久代：在 JDK 1.7 及之前，用于存储类元数据（如类信息、常量池等），它位于 JVM 的堆内存中，受 -XX:MaxPermSize 限制，容易发生 OOM。
  • 元空间：在 JDK 1.8 之后，元数据被移出堆，存放在本地内存（Native Memory） 中。理论上，只要服务器物理内存足够，元空间的大小就不受限制。这降低了 OOM 的风险，但也可能导致操作系统内存耗尽。

13. 说说什么是 JVM 内存模型中的“主内存”和“工作内存”？

解答：

这是 JMM 的一个抽象概念。

  • 主内存（Main Memory）：所有线程共享的内存，存储了所有的共享变量。对应于计算机中的物理内存。
  • 工作内存（Working Memory）：每个线程私有的内存，存储了该线程操作的共享变量的副本。对应于计算机中的高速缓存（Cache）。

线程对共享变量的操作（读取和修改）都必须在工作内存中进行，不能直接操作主内存。线程之间也无法直接访问彼此的工作内存，线程间通信必须通过主内存。

14. 什么是指令重排？为什么会发生？

解答：

指令重排是指编译器或处理器为了优化程序执行效率，对源代码中的指令执行顺序进行调整，但不改变单线程下的执行结果。

为什么会发生？

  • 编译器优化：在不改变结果的前提下，编译器可以调整指令顺序以提高效率。
  • 处理器优化：为了充分利用 CPU 的乱序执行能力，处理器会调整指令顺序。

指令重排可能带来的问题：
在并发场景下，如果一个线程修改了共享变量，而另一个线程读取该变量，由于指令重排的存在，可能会导致意想不到的错误。volatile 关键字可以禁止指令重排，保证有序性。

15. 什么是对象头中的 Mark Word？

解答：

Mark Word 是 Java 对象头的一部分，它存储了对象自身的运行时数据。在 64 位 JVM 中，它通常是 64 位（8 字节），包括：

  • 哈希码（HashCode）：当对象调用 hashCode() 方法时，会存储哈希值。
  • GC 年龄（Age）：对象在新生代经历的 GC 次数。
  • 锁状态标志位：标记该对象所处的锁状态，如无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁。
  • 偏向线程 ID：如果处于偏向锁状态，会存储获取锁的线程 ID。

16. 什么是 Java 中的类初始化 <clinit>() 方法？

解答：

<clinit>() 方法是 JVM 编译器自动生成的一个特殊方法，用于执行类初始化。它包括以下内容：

  • 所有静态变量的赋值语句。
  • 所有静态代码块中的语句。

特点：

  • 线程安全：JVM 会保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程环境下被正确地加锁和同步，确保只执行一次。
  • 子类初始化：在初始化一个子类之前，会先初始化它的父类。
  • 惰性加载：<clinit>() 方法只在第一次主动使用该类时才会执行。

17. 说说 Java 中类的加载器有哪些？

解答：

Java 默认提供了三层类加载器：

  1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：

    • 负责加载 $JAVA_HOME/jre/lib 下的 JDK 核心类库，如 rt.jar。
    • 它不是用 Java 实现的，而是用 C++ 实现，无法被 Java 代码直接引用。

  2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：

    • 负责加载 $JAVA_HOME/jre/lib/ext 目录下的扩展类库。
    • 它是用 Java 实现的，其父类加载器是启动类加载器。

  3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：

    • 负责加载用户类路径（CLASSPATH）上的类库。
    • 它是我们平时编写的 Java 程序的默认加载器。其父类加载器是扩展类加载器。

18. 什么是 JVM 的内存屏障（Memory Barrier）？

解答：

内存屏障是 JVM 插入在指令序列中的特殊指令，用于禁止处理器对指令进行重排序，以保证内存操作的可见性和有序性。

  • 写屏障（Store Barrier）：强制将处理器缓存中的数据写回主内存，保证其他线程的可见性。
  • 读屏障（Load Barrier）：强制从主内存中读取最新的数据，而不是从处理器缓存中读取。

volatile 关键字就是通过插入内存屏障来保证变量的可见性和有序性。

19. 说说 JVM 的即时编译模式有哪些？

解答：

HotSpot JVM 支持三种即时编译模式：

  1. 解释模式（-Xint）：JVM 纯粹使用解释器执行字节码，不进行 JIT 编译。这种模式启动快，但执行效率低。
  2. 编译模式（-Xcomp）：JVM 优先使用 JIT 编译器，将所有代码编译为本地代码后执行。这种模式启动慢，但执行效率高。
  3. 混合模式（-Xmixed）：JVM 默认的模式。程序启动时使用解释器执行，快速启动；同时，JVM 会监控热点代码，并由 JIT 编译器将其编译成高效的本地代码，以达到最佳性能。

20. 简述 JVM 的调优思路和步骤。

解答：

JVM 调优是一个复杂的过程，一般可以遵循以下步骤：

  1. 监控和分析：使用 JDK 自带工具（如 JConsole、VisualVM） 或其他 APM 工具，监控 JVM 的各项指标，如 CPU、内存、GC 频率和耗时、线程状态等。
  2. 确定性能瓶颈：通过监控数据，找出主要问题。通常是 GC 频繁、GC 耗时长、内存泄漏或 CPU 使用率过高等。
  3. 制定调优策略：
    • 内存问题：如果 GC 频繁，可能是堆内存设置过小；如果 Full GC 耗时过长，可能是老年代过大或 GC 算法不合适。
    • CPU 问题：可能是线程死锁或热点代码效率低下。
  4. 调整 JVM 参数：根据策略，调整 -Xmx、-Xms、-XX:NewRatio 等参数，或更换垃圾回收器（如从 CMS 切换到 G1）。
  5. 反复测试和验证：每次只修改一个参数，然后进行压力测试，验证调优效果。重复这个过程，直到达到预期的性能目标。

核心思想：先找出问题，再对症下药，每次只做最小化改动，并进行验证。

希望这 20 道 JVM 面试题的详细解析能帮助你对 JVM 有更深入的理解，并在面试中脱颖而出！

http://www.dtcms.com/a/341676.html

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