Java岗大厂面试百日冲刺【Day35】—— JVM2

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本文已获得原作者 _陈哈哈授权并经过重新整理规划后发布。

本栏目Java开发岗高频面试题主要出自以下各技术栈：Java基础知识、集合容器、并发编程、JVM、Spring全家桶、MyBatis等ORMapping框架、MySQL数据库、Redis缓存、RabbitMQ消息队列、Linux操作技巧等。

地球人都知道，Java有个东西叫垃圾收集器（GC），它让创建的对象不需要像c/c++那样delete、free掉，你能不能谈谈，GC是在什么时候，对什么东西，做了什么事情？

这个是经典抛砖引玉的问法，既能看出我们对GC掌握的情况，也能从多点切入深问，看着三句话，其实每句话的知识点都够我们喝一壶的。JVM接下来三篇会以：什么时候进行GC、对哪些对象、做哪些处理三个角度的面试问题进行整理，来吧，卷。

本篇的内容主要基于在什么时候进行GC这个方向来学习。

面试题1：简单说一下java的垃圾回收机制。

任何语言在运行过程中都会创建对象，也就意味着需要在内存中为这些对象在内存中分配空间，如果这些对象只增加不减少，那么堆空间很快就会被耗尽。因此在这些对象失去使用的意义的时候，需要释放掉这些内容，保证内存能够提供给新的对象使用，对于对象内存的释放就是垃圾回收机制，也叫做gc（Garbage Collection，GC）。

对于java开发者来说gc是一个双刃剑，像C语言的垃圾回收是人工的，工作量大，但是可控性高。而java是自动化的，但是可控性很差，甚至有时会出现内存溢出的情况，内存溢出也就是jvm分配的内存中对象过多，超出配置的JDK最大可分配内存的大小。

面试题2：JVM会在什么时候进行GC呢？

JVM常在以下几种场景时进行GC操作：

在cpu空闲的时候自动进行回收
主动调用System.gc()后尝试进行回收，是否回收由JVM决定。
Eden区域满了，或者新创建的对象大小 > Eden所剩空间，执行Minor GC。
升到老年代的对象大于老年代剩余空间的时候执行Full GC，或者Young GC中发生promotion failure强制Full GC 。
在堆内存存储满了之后进行GC，如gc与非gc时间耗时超过了GCTimeRatio的限制引发OOM

YGC出现promotion failure的场景: promotion failure发生在Young GC, 如果Survivor区当中存活对象的年龄达到了设定值，会就将Survivor区当中的对象拷贝到老年代，如果老年代的空间不足，就会发生promotion failure，强制进行Full GC 。

追问1：介绍一下不同代空间的垃圾回收机制

新生代（Young generation）：

从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC,因为 Java 对象大多都具备朝生夕灭（很快不再使用）的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。这一定义既清晰又易于理解。。

老年代（Old generation）：

对象没有变得不可达，并且从新生代周期中存活了下来，会被拷贝到这里。其区域分配的空间要比新生代多。也正由于其相对大的空间，发生在老年代的GC次数要比新生代少得多。清理老年代内存一般直接是 Full GC来清理。

默认的新生代（Young generation）、老年代（Old generation）所占空间比例为 1 : 2 。

持久代（Permanent generation）:

也称之为方法区（Method area）：用于保存类常量以及字符串常量。注意，这个区域不是用于存储那些从老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC。发生在这个区域的GC事件为 Major GC 。

出现了 Major GC，经常会伴随至少一次的 Minor GC（但非绝对的，ParallelScavenge 收集器的收集策略里就有直接进行 Major GC 的策略选择过程）。MajorGC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10倍以上。只不过在这个区域发生GC的条件非常严苛，必须符合以下三种条件才会被回收：

所有实例被回收
加载该类的ClassLoader 被回收
Class 对象无法通过任何途径访问（包括反射）

追问2：能说一下新生代空间的构成与执行逻辑么？

新生代（Young generation）用来保存那些第一次被创建的对象，它被分成三个空间：

一个伊甸园空间（Eden）
两个幸存者空间（From Survivor、To Survivor）

默认新生代空间的分配：Eden : From : To =8 : 1 : 1

每个空间的执行顺序如下：

绝大多数刚刚被创建的对象会存放在伊甸园空间（Eden）。
在伊甸园空间执行第一次GC（Minor GC）之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间（Survivor）。
此后，每次伊甸园空间执行GC后，存活的对象会被堆积在同一个幸存者空间。
当一个幸存者空间饱和，还在存活的对象会被移动到另一个幸存者空间。然后会清空已经饱和的那个幸存者空间，可见，两个幸存者空间，必须有一个是保持空的。
在以上步骤中重复N次（N = MaxTenuringThreshold（年龄阀值设定，默认15））依然存活的对象，就会被移动到老年代。

当然，也有例外出现，对于一些比较大的对象（需要分配一块比较大的连续内存空间）则直接进入到老年代。一般在Survivor 空间不足的情况下发生。

追问3：说一下发生OOM时，垃圾回收机制的执行流程。

对于一个很大的对象或数组，我们会首先在Eden 尝试创建，如果Eden区内存不够，创建不了，则触发Minor GC；
Minor GC完成后继续尝试在Eden区存放，发现仍然放不下；
尝试直接进入老年代，老年代也放不下
触发 FULL GC 清理老年代的空间
FULL GC完成后尝试往老年代里放，还是放不下
OOM

面试题3：Full GC 、Major GC和 Minor GC有什么不同

我们见过很多 GC 名词如：Minor GC、Young GC、Full GC、Old GC、Major GC、Mixed GC等。那么这么多GC如何进行大致区分？下面我们引用 R 大在知乎上的回答：

针对 HotSpot VM 的实现，它里面的 GC 其实准确分类有两种:

1.Partial GC(局部 GC): 并不收集整个 GC 堆的模式

Young GC: 只收集 Young Gen 的 GC，Young GC 还有种说法就叫做 Minor GC，两者是一个意思；
Old GC: 只收集 old gen 的 GC，只有垃圾收集器 CMS 的 concurrent collection 是这个模式；
Mixed GC: 收集整个 Young Gen 以及部分 old gen 的 GC，只有垃圾收集器 G1 有这个模式；

2.Full GC(全局 GC): 收集整个堆，包括新生代，老年代，永久代(在 JDK 1.8 及以后，永久代被移除，换为 metaspace 元空间)等所有部分的模式；

接下来让我们再来了解下各个 GC：

(1)Minor GC / Young GC

首先我们先来看下 Minor GC / Young GC，大家都知道，新生代(Young Gen)也可以称之为年轻代，这两个名词是等价的。那么在年轻代中的 Eden 内存区域被占满之后，实际上就需要触发年轻代的 GC，或者是新生代的 GC。

其实就是所谓的 Minor GC，也可以称之为 Young GC。

(2)Old GC

所谓的老年代 GC，称之为 Old GC 更加合适一些，因为从字面意义上就可以理解，这就是所谓的老年代 GC。

(3)Full GC

对于 Full GC，可以说 Full GC 指的是针对新生代、老年代、永久代的全体内存空间的垃圾回收，所以称之为 Full GC。

(4)Major GC

上面我们提到，Major GC用于处理方法区的对象。这个区域不是用于存储那些从老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC，发生概率很低。

(5)Mixed GC

Mixed GC 是 G1 中特有的概念，其实说白了，主要就是说在 G1 中，一旦老年代占据堆内存的 45%(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent：设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值，默认值是 45%。这里的Java 堆占比指的是 non_young_capacity_bytes，包括 old + humongous)，就要触发 Mixed GC，此时对年轻代和老年代都会进行回收。Mixed GC 只有 G1 中才会出现。