【面试】浅学JVM调优
目录
什么是JVM？
Java是如何实现跨平台的？
JDK 、JRE、JVM 有什么区别和联系？
JDK = JRE + 其他（一堆java工具（javac编译器）和java核心类库）
JRE = JVM + 其他（runtime class libraries等组件）
为什么要JVM调优【目的是什么】？
JVM调优方法
JVM的组成以及作用？
为什么要使用Native Method？
JVM类加载流程
JVM类加载器有几种类型，分别加载什么东西？
什么是类加载器？
JVM类加载器使用到了什么设计模式？
线程在JVM中是如何执行的？涉及到哪些区域？
线程在JVM的执行流程
JVM堆的组成
1新生代（Young Generation）
2老年代（Old Generation）
新生代和老年代分别使用的垃圾回收算法分别是什么？
程序内存溢出了，如何定位问题出在哪儿？
垃圾回收算法
1.垃圾标记算法
1.1.引用计数算法
1.2.可达性分析算法
2.常用垃圾回收算法
2.1.标记清除算法
2.2.复制算法
2.3.标记整理算法
2.4.分代收集算法
堆大小怎么调，栈大小怎么调【网上查不到英文，难记死了】
什么是JVM？
JVM英文Java Virtual Machine，称为Java虚拟机，是Java跨平台运行的关键部分。
作用：Java通过JVM就可以跨平台实现一次编译过后，在多个系统平台进行运行。
Java是如何实现跨平台的？
主要是通过JVM，当有一个java源文件，JDK中的javac编译器将java文件编译成字节码文件（.class文件），通过JVM【java虚拟机】将字节码文件通过类加载器编译成不同系统【windows、linux、Mac】能够识别的二进制机器码，这样就实现了一次编译，到处（多个系统平台上）运行。【关键因素就是系统是否安装相应的虚拟机。java程序实际是在虚拟机JVM上运行的】
JDK 、JRE、JVM 有什么区别和联系？
JDK(Java Development Kit) ：是Java开发工具包，它提供了Java的开发环境(提供了编译器javac等工具，用于将java文件编译为.class[字节码]文件)和运行环境(提供了JVM和Runtime辅助包，用于解析class文件使其得到运行)。JDK是整个Java的核心，包括了Java运行环境(JRE)，一堆Java工具tools.jar和Java标准类库 (rt.jar)。
JRE(Java Runtime Enviroment) ：是Java的运行环境，JRE是运行Java程序所必须的环境，包含JVM及 Java核心类库
三者之间的关系：
JDK = JRE + 其他（一堆java工具（javac编译器）和java核心类库）
JRE = JVM + 其他（runtime class libraries等组件）
为什么要JVM调优【目的是什么】？
JVM调优目的：就是减少GC垃圾回收的频率，通过减少Minor GC【新生代】和减少Full GC【老年代】回收的的次数来实现。从而提高程序的性能和稳定性。【因为每次进行GC都会暂停JVM。】
JVM性能调优的6大步骤，及关键调优参数详解_程序员超时空的博客-CSDN博客_jvm性能调优的6大步骤
JVM调优方法
JVM调优的目的是为了提高Java程序的性能和稳定性。以下是常见的JVM调优方法：
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调整堆内存：一般来说，增大堆内存有利于减少垃圾回收的频率，提高程序性能。可以通过在启动命令中设置-Xmx和-Xms参数来调整堆内存大小。
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调整垃圾收集器：可以通过选择合适的垃圾收集器来提高程序性能。例如，如果应用程序需要更低的延迟时间，可以选择（Concurrent Mark Sweep）CMS垃圾收集器。而如果需要更高的吞吐量，则可以选择并行垃圾收集器。
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调整线程数：使用多线程可以加快程序的执行速度。但如果线程数太多，就会导致内存消耗过多，出现线程竞争等问题。通过设置-XX:ParallelGCThreads、-XX:ConcGCThreads等参数来控制线程数量。
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使用GC日志分析：JVM会将垃圾回收的详细信息写到日志中。可以通过分析GC日志来查看应用程序的内存使用情况、垃圾回收次数、回收耗时等信息，从而找到优化方向。
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使用JVM监控工具：使用JVM监控工具，如JConsole、VisualVM等，可以实时监控Java应用程序的内存、CPU使用情况，线程状态等信息，帮助用户找到性能问题。
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使用JIT编译器：JIT编译器是Java程序性能提升的关键，通过使用JIT编译器，可以将热点代码编译成本地机器码，提高代码执行效率。
JVM调优需要根据具体的应用场景进行调整，并进行测试以验证所进行的调整的有效性。
JVM的组成以及作用？
JVM主要由两个系统和两个组件组成。
两个系统指的是类加载器（Class Loader)和执行引擎（Execution Engine），
两个组件指的是运行时数据区（Runtime data area）和本地接口(Native interface)
Class loader(类加载器)：【将字节码文件加载到运行时数据区域】根据给定的全限定名类名(如：com.zs.xx)来装载class文件到Runtimedata area中的method area。
Runtime data area(运行时数据区域)：【将字节码文件加载内存中】这就是我们常说的JVM的内存。
Execution engine（执行引擎）：【将内存中的字节码文件解析成计算机能够识别的机器码（二进制）】执行classes中的指令。
Native Interface(本地接口)：【实现java代码调用非java代码来实现整个程序的执行】
为什么要使用Native Method？
Java 使用起来非常方便，然而有些层次的任务用 Java 实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。
JVM类加载流程
类加载的过程包括了加载,验证,准备,解析和初始化这5个步骤
加载：就是将字节码文件【Class文件】，加载到内存中。【隐式加载：通过new 关键字创建对象时，隐式的调用类的加载器把对应的类加载到jvm中。显示加载指的是通过直接调用class.forName（）方法来把所需的类加载到jvm中。 】
验证:验证此字节码文件是不是真的是一个字节码文件 【毕竟后缀名可以随便改,而内在的身份标识是不会变的 】
准备:为类中static修饰的变量分配内存空间并设置其初始值为0或null【初始化的时候才会进行赋值】
解析 ：解析阶段会将java代码中的符号引用替换为直接引用 （将等于符号转换成地址指向）【
使用全限定名来cn.wmx.mooccc.domain.user来找到这个类加载到分配的内存空间中。】
初始化:对变量进行赋值。
JVM类加载器有几种类型，分别加载什么东西？
什么是类加载器？
就是“通过一个类的全限定名来获取该类的二进制字节流”。实现这个动作的代码就叫做类加载器
JVM类加载器包含了
1启动类加载器：
负责将
下面的核心类库加载到内存中（比如/jre/lib /jre/lib/rt.jar）。2扩展类加载器
加载
目录下的jar包和class文件到内存中/jre/lib/ext 3应用程序类加载器
负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中
JVM类加载器使用到了什么设计模式？
JVM类加载器使用到了 工厂模式和委派模式。
通俗易懂的双亲委派机制_IT烂笔头的博客-CSDN博客_双亲委派
加载优先级顺序：1启动类加载器>2扩展类加载器>3应用程序类加载器
JVM会优先使用优先级高的进行加载字节码文件，然后最后是应用程序加载器进行加载，如果都没有加载就会报错ClassNotFountException。
实际是如何运作的呢？【其实就是先委托上级进行加载，委托不成功。】
我们以应用程序类加载器举例,它在需要加载一个类的时候,不会直接去尝试加载,而是委托上级的扩展类加载器去加载（检查是否已经加载过，加载过直接返回该类或资源）,而扩展类加载器也是委托启动类加载器去加载。启动类加载器在自己的搜索范围内没有找到这么一个类,表示自己无法加载,就再让扩展类加载器去加载,同样的,扩展类加载器在自己的搜索范围内找一遍,如果还是没有找到,就委托应用程序类加载器去加载.如果最终还是没找到,那就会直接抛出异常了。目的就是为了保证不同的类加载器加载的同一个类是同一个类，避免重复进行加载。
为什么采用委派模式？
1避免重复加载，当一个类被某个类加载器加载后，它会将这个请求委派给父类加载器尝试加载。如果父类加载器已经加载了这个类，则直接返回给子类加载器，以避免重复加载。如果两个类具有相同的全限定名，但是被不同的类加载器加载时，JVM是会认为这是两个不同的类。
2实现类隔离，通过委派模式，不同类加载器之间加载的同一类可以有不同的版本，各自互相独立，避免因为同名类的冲突导致类无法正常使用的情况。
线程在JVM中是如何执行的？涉及到哪些区域？
JDK1.8以后，方法区被元空间替代，没有方法区了，元空间直接使用本地内存
Java 程序在 JVM 中是怎样执行的呢？
直接举例：
public class Example {
public static void main(String[] args) {
a();
}
public static void a() {
int a = 1;
b();
}
public static void b() {
User b = new User();
}
}代码很简单，一个类，main() 方法调用 a() 方法，a() 方法中定义了一个 int 变量 a，然后调用 b() 方法，b() 方法中 new 了一个 User 对象 b。
想要弄明白这个问题，你需要一丢丢的前置知识：
栈内存中用于存放 Java 的基本类型和对象的引用类型
堆内存主要存放一些对象，栈中有对应的引用类型指向该【实例的内存地址】
线程在JVM的执行流程
线程执行，每个方法都会形成一个栈帧保存到虚拟机栈中，方法调用结束就会出栈。调用过程中创建的变量存储在虚拟机栈中，创建的对象实例存放在堆内存当中，栈中的引用类型变量指向了堆内存中的的实例对象的内存地址。当方法执行完成（方法和变量等）就进行出栈，创建的变量会被销毁，堆内存中的实例对象失去引用就会被GC进行垃圾回收。
上面文字看不懂，可以看下面举例和视频链接。
http://vd3.bdstatic.com/mda-ngfib23r5ybsj286/360p/h264/1657976173300279887/mda-ngfib23r5ybsj286.mp4
程序运行
main() 方法入栈
a() 方法被调用，入栈
基本类型 a 变量在栈中被创建
b() 方法被调用，入栈
引用类型 b 在栈中被创建【b方法中需要创建User实例】
User 类型的实例在堆中被创建【堆内存用来存储对象】
将 User 实例的内存地址指向引用类型 b
b() 方法执行结束，b 变量销毁，断开对 User 实例的引用，出栈
a() 方法执行结束，a 变量销毁，出栈
垃圾回收将不再被引用的 User 实例进行回收掉
main() 方法执行结束，出栈
程序执行结束
虚拟机栈（FILO）：java方法执行的内存模型。
栈帧（
一个栈帧就对应Java代码中的一个方法，当线程执行到一个方法时，就代表这个方法对应的栈帧已经进入虚拟机栈并且处于栈顶的位置，每一个Java方法从被调用到执行结束，就对应了一个栈帧从入栈到出栈的过程）局部变量表：编译器可知的8种基本类型、reference类型、returnAddress类型
操作数栈：一个用于计算的临时数据存储区（明显，此栈是为了存放要操作的数据用的）
动态链接：支持java多态
返回地址：方法结束的地方。return/Exception
本地方法栈：Native方法执行的内存模型。
程序计数器：这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址（如果线程正在执行的是一个java方法，程序执行到第5行，然后时间片用完了，就需要执行其他的代码，当再次回到当前线程时，通过程序计数器就可以继续再原来的地方继续执行）。
JVM堆的组成
JVM堆是JVM用来存放对象实例的区域，主要有三个组成部分：1新生代，2老年代。
1新生代（Young Generation）
新生代属于JVM堆的一部分，用于存放新建立的、生命周期短暂的对象。新生代又被分为一个较大的Eden区和两个较小的Survivor区(from/to)，每个Survivor区的大小分为Eden区的1/2。如果Eden区满了，这些对象可能会被移动到一个Survivor区，而Survivor区可能还有存活对象，这些存活对象会从from Survivor区到to Survivor区。当对象经过诗词GC垃圾回收如果依然存活，则会被移动到老年代。
2老年代（Old Generation）
老年代是用于存放经过多次GC垃圾回收仍然存活的对象的区域。因为老年代存放的对象有较长的生命周期，所以它的大小相比新生代较大。
新生代和老年代分别使用的垃圾回收算法分别是什么？
新生代使用的是复制算法来进行垃圾回收。
复制算法就是将新生代分为一个较大的Eden区和两个较小的Survivor区，每次只有一个Eden区和一个Survivor区，当Eden区满了的时候，会触发Minor GC，此时将Eden区和正在使用的Survivor区中的存活对象复制到另一个Survivor区中，并对Eden区和使用过的Survivor区进行清理。
老年代使用的是 标记-清除和标记-整理算法来进行垃圾回收。
标记清除算法首先会对所有存活的对象标记，在标记完成后完成清理未标记的对象。但是标记清除算法可能导致内存碎片的产生，因此我们可以使用标记整理算法。
标记整理算法在标记完存活的对象后将这些对象移动到一段，然后清空另一端的空间。
程序内存溢出了，如何定位问题出在哪儿？
程序内存溢出指的是程序运行过程中所需要的内存超过了JVM的内存大小。针对内存溢出的问题，可以采取以下的步骤进行排查：
1查看错误信息
当发生内存溢出时，JVM会输出一些异常信息，提示错误的类型和位置、这些异常信息往往包含堆栈轨迹（stack trace），可以有助于我们确定具体的出错的位置。
2使用内存分析工具
内存分析工具能够帮助你检查应用程序的内存使用情况，找出内存溢出的原因。常用的内存分析工具有JConsole、VisualVM和MAT（Memory Analyzer Tool）等。通过分析工具，你可以了解哪些对象占用了大量的内存，识别内存泄漏，找出内存溢出的真正原因。
3查看代码逻辑
在定位内存溢出的问题时，也需要参考代码逻辑。查看代码是否有存在着内存泄漏或编程错误的地方，例如出现频繁创建大量临时对象、大量的递归调用等等，这些地方都有可能会导致内存溢出。
4增加内存
最后一种解决内存溢出的方法是增加内存。但是这只是在紧急情况下的最后手段，并不是根本性的解决方法。如果程序存在内存泄漏或者其他内存消耗过大的问题，增加内存并不能彻底解决内存溢出的问题。
垃圾回收算法
1.垃圾标记算法
1.1.引用计数算法
给每一个对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值加1；每当有一个地方`不再引用它时，计数器值减1 这样只要计数器的值不为0，就说明还有地方引用它，它就不是无用的对象。
缺点：`当某些对象之间互相引用时，无法判断出这些对象是否还在被引用。
1.2.可达性分析算法
可达性指的对象到GC Root【垃圾收集的起点 】是否有任何引用链相连。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（GC Roots到这个对象不可达）时，就说明此对象是不可用。
举例：【可回收对象，说明没有对象引用。】
2.常用垃圾回收算法
常用的垃圾回收算法有三种：标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法，分代回收（新生代，老年代）
2.1.标记清除算法
分为标记和清除两个阶段【先标记后清除】，首先标记出所有需要回收的对象，标记完成后统一回收所有被标记的对象。
缺点：标记和清除两个过程效率都不高；标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片【就无法保存连续的需要回收的对象】。
2.2.复制算法
把内存分为大小相等的两块，每次存储只用其中一块，当这一块用完了，就把存活的对象全部复制到另一块上，同时把使用过的这块内存空间全部清理掉，往复循环。
缺点：实际可使用的内存空间缩小为原来的一半，比较适合
2.3.标记整理算法
先对可用的对象进行标记，然后所有被标记的对象向一段移动，最后清除可用对象边界以外的内存
2.4.分代收集算法
把堆内存分为新生代和老年代，新生代又分为Eden区、From Survivor和To Survivor。一般新生代中的对象基本上都是朝生夕灭的，每次只有少量对象存活，因此新生代采用复制算法，只需要复制那些少量存活的对象就可以完成垃圾收集；老年代中的对象存活率较高，就采用标记清除和标记整理算法【两个算法综合使用】来进行回收。
堆大小怎么调，栈大小怎么调【网上查不到英文，难记死了】
-Xms : 初始堆内存大小，默认1/64 物理内存
-Xmx【MaxHeapSize】 : 堆的最大内存，默认1/4物理内存
-Xmn【memory nursery/new】 堆中新生代初始及最大大小
-Xss【ThreadStackSize】 : 线程栈大小