【Java面试】二十一、JVM篇（中）：垃圾回收相关

1、类加载器

1.1 什么是类加载器

JVM处理class字节码文件成为二进制文件，类加载的作用则是将class字节码文件加载到JVM中。有四种类加载器：

• 启动类加载器：加载JDK下的jre/lib下的类，这个加载器由C++实现
• 扩展类加载器：加载JDK下的jre/lib/ext下的类，如果把开发者自己写的class放这个目录，也会被扩展类加载器加载
• 应用类加载器：加载开发者自己写的class
• 自定义类加载器：自己去继承ClassLoader，自己实现
  

1.2 什么是双亲委派机制

加载某一个类时，先委托上一级的加载器（父加载器）去进行加载，如果上一级加载器也有上级，则继续向上委托，若没被上级加载，则向下开始逐个找，直到加载成功，到最下面的加载器也没找到这个类，则抛异常ClassNotFountException。总之：

• 自底向上查找是否已经被父加载器加载过，有则直接返回
• 若没被加载，再自顶向下进行加载

该机制的作用：

• 保证类加载的安全性：避免用户自定义一个java.lang.String恶意替换JDK的核心类库里的String类
• 避免重复加载：避免同一个类被多次加载，提高效率

2、类装载的执行过程（类的生命周期）

• 加载：查找和导入class 文件
• 验证：保证加载类的准确性
• 准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值
• 解析：把类中的符号引用转换为直接引用
• 初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
• 使用：new对象
• 卸载：删掉方法区的InstanceKlass和堆的Class对象

加载：

• 加载磁盘上的class字节码文件、动态代理生成的类
• 通过全类名，获取类的二进制数据流
• 解析类的二进制数据流，在方法区中，生成一个InstanceKlass对象（c++），保存了类的所有信息
• 堆区生成一个和上面InstanceKlass对象类似的java.lang.Class对象，给Java代码操作

连接--验证：

验证文件格式（魔数）、class文件里的主版本号是否适配当前JVM、符号引用里是否有其他类的private变量

连接--准备：

为静态变量分配内存并设置初始值：

• static变量，分配空间在准备阶段完成(设置默认值)，赋值在初始化阶段完成，如下面的b变量
• static + final 修饰基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成，如下面的c、d变量
• static + final 修饰引用类型，赋值也在初始化阶段完成，如下面的obj变量

连接--解析：

将符号引用转为直接引用，比如方法中调用了其他方法，直接引用即使用内存地址直接指向方法。如#25转为内存地址。

初始化：

初始化阶段对类的静态变量初始化、静态代码块执行。

• 如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类
• 如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行

使用：

• new关键字创建对象
• 调用静态类成员信息，比如：静态字段、静态方法

【类的生命周期】

3、对象什么时候可以被垃圾回收器处理

如果一个对象没有任何引用指向它了，那这个对象就被定义为垃圾，可能被垃圾回收器回收。确定是否有引用指向它，有两种方式：

• 引用计数法：维护个计数，被引用一次就+1，循环依赖时会有内存泄漏，一般不用
• 可达性分析：普通对象A，经一个引用链可以到达GC Root对象，则A不可被回收，JVM持有GCRoot的List列表

A、B、C、D不可回收，X、Y可回收

4、JVM垃圾回收算法

标记清除算法、复制算法、标记整理算法、分代算法

4.1 标记清除算法

先根据可达性分析算法，标记垃圾对象，再对标记了可回收的对象进行GC

优点是标记和清除速度较快，缺点是回收后出现内存碎片化，不连贯，存个大对象或者数组（内存地址连续），就不行

4.2 标记整理算法

和标记清除算法相比，多了一步对象内存位置移动的步骤，解决了碎片化，但效率也低了一点

4.3 复制算法

内存一分为二，Form和To两块，先在From存对象，进行回收时，将存活的对象copy到To空间，再清掉From剩下的可回收对象，然后From和To角色互换，To成了新的From，清理后的From成了To

优点是无碎片化问题，效率较高，但空间利用率低，一半一半的存

5、分代收集算法

【GC算法详细】
JDK8时，堆被分成两份，默认新生代 ： 老年代 = 1：2

对占堆三分之一的新生代，又分为三块：

• 伊甸园区Eden，新生的对象都分配到这里
• 两块幸存者区survivor（分成from和to）
• Eden区：from区：to区= 8：1：1

分代回收的步骤：

• 新创建的对象，都会先分配到 eden 区
• 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from(现阶段没有对象)的存活对象
• 将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和from 内存都得到释放

• 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记 eden 区域 to 区存活的对象，将存活的对象复制到 from 区

• 继续伊甸园区 + S0 + S1之间玩复制算法，直到有对象经过了15次GC（GC年龄默认15），晋升到老年代，不再from和to之间频繁的复制

• 对象过大或者幸存者区空间不足，可能出现对象提前晋升到老年代

5.1 MinorGC、Mixed GC、Full GC的区别是什么

STW，stop the world，暂停所有用户线程，等待垃圾回收完成再处理用户请求，STW要尽量短

• MinorGC（Young GC）：发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短(STW)，这也是分代的最明显的一个好处了
• Mixed GC： 新生代 +老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有
• Full GC：新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长(STW)，应尽力避免

6、JVM有哪些垃圾回收器

• 串行垃圾收集器：Serial GC、Serial Old ，只有一个线程处理垃圾回收，期间用户线程阻塞（STW）

• GC并行垃圾收集器：Parallel Old GC、ParNewGC，多个线程处理垃圾回收，期间用户线程阻塞（STW）

• CMS（并发）垃圾收集器：CMS GC，作用在老年代

• G1垃圾收集器：作用在新生代和老年代

6.1 G1垃圾回收器

• 应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用G1

• 堆被划分成多个区域Region，每个区域都可以充当eden，survivor，old，humongous，其中 humongous 专为大对象准备

• 采用复制算法

• 响应时间与吞吐量兼顾

• 分成三个阶段：新生代回收、并发标记、混合回收MixedGC。多次Young GC回收后，当堆的使用率达到阈值，触发混合回收MixedGC，用复制算法回收一轮所有年轻代、部分老年代、大对象区

• 因为清理是复制算法，如果清理时发现没有空Region去存放转移的对象（没地儿复制了），则转为单线程执行标记-整理算法进行Full GC，此时会导致用户线程的暂停

【GC回收器】

7、强软弱虚引用的区别

• 强引用：默认，只要有 GCRoots能找到它，就不会被回收，哪怕OOM
• 软引用：需要配合 SoftReference 使用，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
  弱引用：需要配合 WeakReference 使用，只要进行了垃圾回收，就会把弱引用对象回收
  虚引用：和其他几种引用不一样，它不影响对象的回收规则，形同虚设。必须配合引用队列使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法。虚引用的一个应用场景是直接内存的释放问题。

【详细】

强引用：

软引用：

弱引用：

虚引用：