Java JVM虚拟机面试题

前言
1、ThreadLocal的底层原理和应用？
2、Java中的锁池和等待池？
3、wait()，yield()，join()，sleep()的区别？
4、你们项⽬如何排查JVM问题？
5、YGC和FGC发生时间？
6、说说类加载器双亲委派模型？
7、哪些对象可以作为 GC Root 呢？
8、怎么确定⼀个对象是否可以回收？
9、JVM参数有哪些？
10、什么是STW？
11、JVM原理及性能调优？
12、什么是字节码？采用字节码的好处是什么？
13、JVM的内存结构图？
14、JVM 类加载加载过程？
15、类加载器的种类？
16、双亲委派模型？
17、变量槽slot的理解？
18、ThreadLocal 内存泄漏的原因？
19、HotSpot内存布局？
20、蓝绿发布、灰度发布、滚动发布？
21、什么是TCP网络分层？
22、什么是TCP的三次握手和四次挥手？
23、TCP、HTTP和UDP协议的区别？
24、浏览器输入一个www.daibu.com中间经历了什么？
25、HTTP的状态码有哪些?
总结

前言

最新的 Java 面试题，技术栈涉及 Java 基础、集合、多线程、Mysql、分布式、Spring全家桶、MyBatis、Dubbo、缓存、消息队列、Linux…等等，会持续更新。

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1、ThreadLocal的底层原理和应用？

1、ThreadLocal是一个线程局部变量，底层是通过ThreadLocalMap来实现的，Map的key是ThreadLocal对象，Map的value为需要缓存的数据；
2、ThreadLocal的应⽤场景比如存储用户信息，或者数据库连接，⼀个线程持有⼀个连接，线程之间不共享连接。

2、Java中的锁池和等待池？

在java中，每个对象都有两个池，锁池和等待池：

锁池：假设线程A已经拥有了某个对象(注意:不是类)的锁，当其它的线程想要调用这个对象的synchronized方法(或者synchronized块)，就必须先获得该对象的锁，但是该对象的锁目前正被线程A占有，所以这些线程就进入了该对象的锁池(等待队列)中。
等待池：假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法，线程A就会释放该对象的锁，同时线程A就进入到了该对象的等待池(可运行队列)中。如果另外一个线程调用了该对象的notifyAll()方法，那么处于该对象的等待池中的所有线程都会进入该对象的锁池中，准备争夺锁的拥有权；如果是调用notify()方法，那么等待池中只会有一个线程随机的进入锁池中。(wait、notify、notifyAll方法必须出现在synchronized中)。

3、wait()，yield()，join()，sleep()的区别？

wait方法：使当前线程放弃CPU资源并释放锁，该线程进入对象等待池中，进入等待状态，需要唤醒才能进入可运行状态；
yield方法：使当前线程放弃CPU资源但不释放锁，该线程进入对象锁池中，进入可运行状态，让优先级相同的线程有机会获取CPU资源；
sleep方法：使当前线程放弃CPU资源但不释放锁，该线程进入对象锁池中，进入阻塞状态，让优先级低的线程有机会获取CPU资源，等睡眠时间到了，会继续执行；
join方法：使当前线程放弃CPU资源但不释放锁，该线程进入对象锁池中，进入阻塞行状态，让其他的线程先执行，从而保证线程的执行顺序。

4、你们项⽬如何排查JVM问题？

对JVM内存的调优主要的是减少GC的频率和Full GC的次数。
步骤：

可以使⽤jmap来查看JVM中各个区域的使⽤情况；
可以使⽤jstack来查看线程的运⾏情况，⽐如线程阻塞、是否出现了死锁；
可以使⽤jstat来查看垃圾回收的情况，如果发现FGC⽐较频繁，就应该要优化了。
系统崩溃前的一些现象：
每次垃圾回收的时间越来越长，由之前的10ms延长到50ms左右；
FGC的次数越来越多，最频繁时隔不到1分钟就进行一次FGC；
年老代的内存越来越大并且每次FullGC后年老代没有内存被释放。
优化：如果频繁发⽣FGC，那么可以考虑加⼤年轻代的内存⼤⼩，如果改完之后，FGC减少，则证明修改有效；如果没有减少，我们可以通过JvisualVM工具去分析dump文件，找到异常的线程（占⽤CPU⾼）和异常的实例对象，定位到具体的代码，然后再进⾏详细的分析和调试。

5、YGC和FGC发生时间？

1、YGC：新生代堆分为E区和S区（S0区和S1区），当E区空间不够时，会触发FGC，然后回收E区的内存空间，把存活的对象复制到S区，然后对象的GC年龄加1，如果GC年龄大于15，对象会直接进入到老年代；
2、FGC：当老年代空间不够（默认大于80%）时，会触发FGC，然后同时回收新生代和老年代（如果手动调用System.gc()方法，也会触发FGC）。

6、说说类加载器双亲委派模型？

类加载器包括启动类加载器（BootstrapClassLoader）、扩展类加载器（ExtClassLoader）、应用类加载器（AppClassLoader）、自定义类加载器等四种；
JVM在加载类时，先让父类加载器去加载该类，如果加载成功则返回，如果没有加载到就自己去加载，防止了重复加载。

7、哪些对象可以作为 GC Root 呢？

在JAVA中，可以当做GC root对象的有以下几种：

1、栈中引用指向的对象：Test t = new Test();
2、方法区中的静态类变量 public static Test t;
3、方法区中的常量指向的对象（全局变量）private final Test t = new Test();。

8、怎么确定⼀个对象是否可以回收？

1、⽤计数算法：这种⽅式是给堆内存中的每个对象记录⼀个引⽤数，引⽤数为0的就认为可以回收，这是JDK早期的使⽤⽅式，但是它⽆法解决循环引⽤的问题。
2、可达性算法：这种⽅式是在内存中，从GC root对象⼀直向下找引⽤，找到的对象就不会被回收，没找到的对象就会被回收。

9、JVM参数有哪些？

JVM参数⼤致可以分为三类：

1.标准参数：-开头，在以后的JVM版本中不会改变，比如-version，-jar。
2.⾮标准参数：-X开头，在以后的JVM版本中可能会改变，比如-Xms，-Xmx，-Xmn。
3.不稳定参数：-XX开头，在以后的JVM版本中随时会改变，用于JVM的性能调优和调试，比如内存溢出时会自动生成dump文件到指定目录：
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/usr/local/base。

10、什么是STW？

STW: Stop-The-World，指的是GC事件发生过程中，除了GC所需的线程外，其他线程都将停止工作，没有任何响应，直到GC事件结束才继续它们的任务；
减少STW，这也是JVM调优的重点。触发条件：
1.可达性分析算法中枚举根节点(GC Roots)；
2.JMap命令生成dump文件；
3.手动调用System.gc()，触发YGC或者FGC。

11、JVM原理及性能调优？

1.JVM是Java虚拟机的缩写，有了它就可以实现跨平台了，达到一次编译，多处使用。

JVM原理简单来说就是编译和执行java源代码，
第一步编译：是通过java编译器、语法语义分析器和字节码生成器得到一个字节码的.class文件；
第二步执行：是通过JVM执行引擎来完成，其中包括了JIT编译器和字节码解释器。
性能调优主要的目的是减少GC的频率和Full GC的次数。
第一点：尽量让对象在年轻代时被GC回收；
第二点：控制好年轻代和老年代的内存比例；
第三点：根据实际情况选择合适的垃圾回收算法；
第四点：不要手动触发垃圾回收，尽量依靠JVM自身的机制。

12、什么是字节码？采用字节码的好处是什么？

编译器(javac)将Java源⽂件(.java)⽂件编译成为字节码⽂件(.class)，可以做到⼀次编译到处运⾏， windows上编译好的class⽂件，可以直接在Linux上运⾏，通过这种⽅式做到跨平台，但是需要把字节码解释成各个操作系统能识别的机器码。

13、JVM的内存结构图？

JVM内存模型包括：方法区(元空间)、堆、虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈。

1.方法区：主要包括常量、静态方法/变量、类信息（方法/字段等信息）、运行时常量池，操作的是直接内存；
2.堆是运行时数据区，所有类的实例和数组都是在堆上分配内存，在JVM启动的时候分配；
3.虚拟机栈：包括基本数据类型和引用数据存储地址；
4.程序计数器（寄存器）：用于记录下一条Jvm指令的执行地址；
5.本地方法栈：就是native本地方法运行时的一块空间。

当Java程序编译成为.class文件=》类加载器（ClassLoader）将字节码文件加载到JVM中=》解释器解析为机器码，最后交给cpu执行（只能识别机器码）。
虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈是每个线程所独有的。

14、JVM 类加载加载过程？

类加载过程主要包括加载、验证、准备、解析、初始化等阶段；

加载：通过类的全限定名（包名+类名）来找到类文件，再通过字节流在内存中生成对应的class对象；
验证：确保文件格式、字段、方法符合语义要求；
准备：主要是给静态变量分配内存，并设置默认值，比如int类型默认值是0（final修饰的static字段在编译的时候就初始化值了）；
解析：就是将常量池中的符号引用（字面量）转换为直接引用的过程：比如String name=”张三”，在编译的时候没有分配内存，不知道内存地址在哪里，所以用符号先代替，解析阶段就是把符号引用替换成直接引用；
初始化：主要是给静态变量设置用户定义的初始值，以及执行静态代码块和构造器方法。
JVM是采用懒加载的方式，当需要用到该类时，JVM才会将它的class文件加载到内存中生成class对象。

15、类加载器的种类？

1、引导类加载器：是用C语言实现的，用来加载Java的核心类库，比如rt.jar（包含java.lang.String、java.lang.Thread、java.util.ArrayList、java.io.InputStream）
2、扩展类加载器：用来加载Java平台扩展类库，比如ext目录下的类库
3、应用类加载器：用来加载classpath路径下的类库，可以通过获取并操作这个加载器；
4、自定义类加载器：通过继承 java.lang.ClassLoader 类来实现，可以满足特定的需求，比如Tomcat部署多个应用，要保证各个应用中的类是独立的，也可以解决JAR包版本冲突问题。
获取当前类的加载器：User.class.getClassLoader()；
获取系统默认的加载器：ClassLoader.getSystemClassLoader()；

16、双亲委派模型？

工作原理：就是要求一个类加载器在加载类时，它自己不会先去加载，先委托其父类加载器加载，如果父类还存在父类加载器，则继续向上委托，一直委托到引导类加载器；如果父类加载器可以完成加载，就返回成功，如果不可以加载，就由子类自己去加载，如果子类也加载失败就会抛出ClassNotFoundException异常，这就是双亲委派模式。
优点：

1、避免类的重复加载;
2、保证了Java 核心类库的安全性，比如自定义的String类不会被加载，因为父类加载器优先加载类，因此相同的类只会被加载一次。

17、变量槽slot的理解？

1.参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束。
2.局部变量表，最基本的存储单位是Slot(变量槽)。
3.局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型(8种)，引用类型(reference)、returnAddress类型的变量。
4.在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot(包括returnAddress类型)，64位的类型(long和double)占用两个slot。
（byte、short、char 在存储前被转换位Int,boolean 也被转换为int，0表示false，非0 表示true。long和double则占据两个Slot）
5.JVM会为局部变量表种的每一个Slot都分配一个访问的索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表种指定的局部变量值。
6.当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将按照顺序被复制到局部变量表中的每一个Slot上。
7.如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可。（比如:访问long或double类型变量）
8.如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用this将会存放在Index为0的slot处，其余的参数按照参数顺序继续排列。
9.重复利用
栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变量就很由可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的

18、ThreadLocal 内存泄漏的原因？

由于ThreadLocalMap 的生命周期跟 Thread 一样长，对于重复利用的线程来说，如果没有手动删除(remove()方法)对应 key 就会导致entry(null，value)的对象越来越多，从而导致内存泄漏。
因为线程池中的线程不会回收,⽽线程对象是通过强引⽤指向ThreadLocalMap,从而导致ThreadLocalMap无法被回收，就可能造成导致OOM。
解决办法是，在使⽤了ThreadLocal对象之后，⼿动调⽤它的remove⽅法，从而清除该对象。

19、HotSpot内存布局？

JVM是虚拟机的规范，HotSpot是jvm的具体实现。
在HotSpot虚拟机中对象的内存布局分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）
对象头记录了哈希码、锁状态、偏向锁线程ID、GC年龄和类型指针等，如果对象是一个数组，那么对象头还会记录数组长度。
实例数据就是成员变量的值，其中包括父类成员变量和本类成员变量。
对齐填充用于确保对象的总长度为8字节的整数倍，对齐填充并不是必然存在，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。

20、蓝绿发布、灰度发布、滚动发布？

蓝绿发布：并不停止掉老版本，而是直接部署一套新版本，等新版本运行起来后，再将流量切换到新版本上，同时观察蓝色系统的运行状态，如果运行出现问题可以及时切回绿色系统。
滚动发布：就是先停止一部分服务器，执行更新，并重新将其投入使用，直到集群中所有的服务器都更新成新版本。
灰度发布：就是先启动一个新版本应用，将少量的用户流量导入到新版本上，确认新版本运行良好后，再逐步将更多的流量导入到新版本上，最后关闭剩下的老版本服务。

21、什么是TCP网络分层？

应用层，传输层，网络层，物理层。

22、什么是TCP的三次握手和四次挥手？

进行三次握手的主要作用就是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常，为后面的可靠性传送做准备，只有三次握手成功后，才开始发送和接收数据；断开一个TCP连接则需要“四次挥手。

23、TCP、HTTP和UDP协议的区别？

1、HTTP是应用层协议，TCP和UDP是传输层协议；
2、TCP发送数据前需要建立连接；UDP不需要；
3、TCP传输保证可靠性，UDP不保证；
4、TCP传输速度比UDP慢一些。
比如微信登录可以采用TCP协议和Http协议保证安全可靠性，好友发送消息可以采用UDP协议，内网传文件可以采用P2P技术。
连接队列中，如果队列满了，那么正常的请求连接也会被拒绝，从而引起网络阻塞甚至系统瘫痪。

24、浏览器输入一个www.daibu.com中间经历了什么？

1、 DNS域名解析获取IP地址（根服务器->com服务器->baidu服务器->获得IP地址）；
2、建立TCP连接（三次握手：SYN->SYN+ACK->ACK）；
3、web浏览器向百度服务器发送HTTP请求；
4、百度服务器返回响应数据；
5、浏览器解析数据并渲染html；
6、web浏览器关闭TCP连接（四次挥手：FIN->ACK->FIN->ACK）。