簡書 慢黑八
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1、（5分）下題方法localVar1（）中變量b所占槽位index為（ ），localVar2（）中變量b所占槽位index為 （ ）

private void localVar1() {
        int a=0;
        System.out.println(a);
        int b=0;
    }
    private void localVar2() {
        {
            int a = 0;
            System.out.println(a);
        }
        int b = 0;
    }

答：使用jclasslib查看class信息 ，此題考的是棧上數(shù)據(jù)局部變量表的槽位復(fù)用，如下圖localVar1（）方法中this占0位，a的index是1，b的index是2，localVar2（）方法中，當(dāng)a處于代碼塊中的時(shí)候，代碼塊結(jié)束a的槽位釋放，b的槽位將會(huì)使用index=1的槽位，這樣做的好處是節(jié)省了空間，localVar2方法塊執(zhí)行后，a的槽位釋放可以提供給b使用，a引用的對(duì)象也可以在滿足垃圾回收的條件。

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2、（20分）在java7中，畫圖描述一下程序，在類加載器、方法區(qū)、堆、解釋執(zhí)行器、pc寄存器、java棧、本地方法棧、CodeCache、垃圾回收器中是如何關(guān)聯(lián)執(zhí)行

public class A {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.fn();
    }
    public void fn() {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

答：如下圖所示

image.png

1. A.java編譯后生成A.class字節(jié)碼文件
2. 類加載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中加載Class信息，加載的類信息存放于一塊稱為方法區(qū)（JDK1.7叫永久代，JDK1.8中叫做元空間）的內(nèi)存空間。除了類的信息外，方法區(qū)中還會(huì)存放運(yùn)行時(shí)的常量池信息，包括字符串常量和數(shù)字常量等。
3. Java字節(jié)碼對(duì)于JVM就相當(dāng)于匯編語言對(duì)于計(jì)算機(jī)。JVM啟動(dòng)后會(huì)查找?guī)в衜ain方法開始執(zhí)行，字節(jié)碼會(huì)被JVM最后翻譯為計(jì)算機(jī)可以看懂的機(jī)器碼在CUP中運(yùn)行，這個(gè)過程由“解釋執(zhí)行器”進(jìn)行解釋執(zhí)行。還有一部分熱點(diǎn)方法字節(jié)碼由JIT“即時(shí)編譯器”（即時(shí)編譯器的解釋參見第7題）進(jìn)行了編譯優(yōu)化，編譯優(yōu)化后的機(jī)器碼可以更加高效的執(zhí)行。
4. PC寄存器（也叫程序計(jì)數(shù)器）也是每個(gè)線程的私有空間，Java虛擬機(jī)會(huì)為每一個(gè)Java線程創(chuàng)建PC寄存器。在任意時(shí)刻，每一個(gè)線程總是在執(zhí)行一個(gè)方法，這個(gè)被執(zhí)行的方法叫當(dāng)前方法，如果當(dāng)前方法不是本地方法，PC寄存器就會(huì)指向當(dāng)前正在被執(zhí)行的指令。它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。
5. Java棧是一塊私有的空間，先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只支持出棧和入棧兩種操縱。主要保存的內(nèi)容為棧幀，每一次函數(shù)調(diào)用（例如：調(diào)用main方法，fn方法）都會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的棧幀被壓入Java棧。當(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)所對(duì)應(yīng)的幀就是當(dāng)前的幀（棧頂），它保存著當(dāng)前函數(shù)的局部變量、棧幀數(shù)據(jù)（例如，對(duì)象A()的引用）和中間運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)。在方法執(zhí)行結(jié)束、異常、return之后Java棧會(huì)把方法從棧上彈出。
6. Java堆在虛擬機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候建立，它是Java程序最主要的內(nèi)存工作區(qū)域。在字節(jié)碼執(zhí)行到new A()的時(shí)候，對(duì)象在堆空間被創(chuàng)建，嚴(yán)格意義上來說對(duì)象創(chuàng)建的過程要更復(fù)雜一些。簡單來說，虛擬機(jī)會(huì)先把對(duì)象嘗試在棧上分配（棧上分配的解釋參見第4題），當(dāng)不滿足棧上分配的條件后，對(duì)象會(huì)在在堆中分配。
   分配的優(yōu)先級(jí)是：棧上分配 > TLAB分配 > 大對(duì)象直接老年代分配 > 新生代分配
7. 垃圾回收系統(tǒng)是Java虛擬機(jī)的重要組成部分，垃圾回收器可以對(duì)方法區(qū)、Java堆和直接內(nèi)存進(jìn)行回收。其中，Java堆就是垃圾收集器的工作重點(diǎn)。(垃圾回收器的特點(diǎn)參見第3題)

3、（10分）在Java7或8下，簡述Serial、ParNew、parallel、cms、G1,五種垃圾回收器的特點(diǎn)與垃圾回收算法的區(qū)別。針對(duì)串行垃圾回收器、parallel、cms垃圾回收器，新生代（含from、to區(qū)）、老年代的默認(rèn)內(nèi)存分配比例是？

答：

以上五種垃圾收集器，可以出除了G1分區(qū)回收之外，另外四種垃圾回收器都是分代回收的。

1. G1的特點(diǎn)是把堆分成若干個(gè)區(qū)，每次只回收若干個(gè)區(qū)，用于控制停頓時(shí)間。 G1中仍然包含著分代的概念，例如：最大堆是1024m，G1默認(rèn)1m一個(gè)區(qū)，1024m=1024個(gè)區(qū)，堆區(qū)數(shù)=新生代區(qū)數(shù)+幸存者區(qū)數(shù)+老年代區(qū)數(shù)，1024個(gè)=24(新生代)+7(幸存者)+993(老年代)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)存容量也是這樣1024m=24m(新生代)+7m(幸存者)+993m(老年代)
   =24(新生代)+7(幸存者)+993(老年代)。
2. SerialGC 比較適合在cup比較少的場合，性能往往最好。
3. ParNewGC大概就是在串行的基礎(chǔ)上多線程化。
4. ParallelGC和parnew類似，但是Parallelgc更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐，可以根據(jù)吞吐與停頓時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)新生代、老年代的使用比例。
5. 與ParallelGC不同的是ConcMarkSweepGC主要關(guān)注系統(tǒng)停頓，是一個(gè)多線程并行垃圾回收的老年代垃圾回收器，新生代只能與ParNew組合。

串行垃圾回收器、parallel、cms垃圾回收器新生代，老年代、from、to的比例：

SerialGC 新生代:老年代 = eden:from:to =
ParallelGC 新生代:老年代 = eden:from:to = 比例可自動(dòng)調(diào)節(jié)
ConcMarkSweepGC 新生代:老年代 = eden:from:to =

4、（5分）使用JVM參數(shù)-server -Xms10m -Xmx10m啟動(dòng)如下程序，是否會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出或垃圾回收失敗，為什么？

public static class User{
        public int id =0 ;
        public String name ="";
    }
    public static void alloc(){
        User user = new User();
        user.id=5;
        user.name="manheiba";
    }
    public static void main(String[] args) {
        long b = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            alloc();
        }
        long e = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(e-b);
    }

答：不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出，因?yàn)閍lloc方法內(nèi)創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)在棧上分配，棧上分配是java虛擬機(jī)的一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)，它的基本思想是，對(duì)于那些線程私有的對(duì)象（這里指不可能被其他線程訪問的對(duì)象），可以將他們打散分配在棧上，而不是分配在堆上。棧上分配的好處是可以再函數(shù)調(diào)用結(jié)束后自行銷毀，而不需要垃圾回收器的介入，從而提高系統(tǒng)的性能。對(duì)于大量在循環(huán)中創(chuàng)建對(duì)象的的服務(wù)器可以開啟棧上分配從而提升系統(tǒng)性能。棧上分配需要在-server模式下開啟內(nèi)存逃逸分析和標(biāo)量替換，這兩個(gè)參數(shù)默認(rèn)是打開的。
上面代碼中，循環(huán)alloc()方法，在alloc方法中創(chuàng)建對(duì)象，創(chuàng)建的user對(duì)象并alloc方法外其他對(duì)象引用，java虛擬機(jī)會(huì)判定user對(duì)象不會(huì)逃逸，可以棧上分配，隨著alloc方法執(zhí)行結(jié)束user對(duì)象就會(huì)被垃圾回收，對(duì)象回收的過程不需要垃圾回收器的介入，也不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出的情況。

5、（10分）簡述如何觸發(fā)永久代溢出、棧溢出、java堆溢出、直接內(nèi)存溢出、創(chuàng)建本地線程溢出以及解決辦法？

答：

1. 永久帶是存放class的區(qū)域，可以通過cglib或者asm動(dòng)態(tài)不停創(chuàng)建class讓永久帶溢出。
2. 棧上存放棧幀信息，可以通過方法的無限遞歸調(diào)用，讓棧幀上方法無限增加導(dǎo)致棧溢出。
3. Java堆溢出：簡單來說循環(huán)中不停創(chuàng)建不被回收的內(nèi)存對(duì)象即可導(dǎo)致堆的溢出。
4. 直接內(nèi)存溢出：可以循環(huán)分配直接內(nèi)存 造成直接內(nèi)存溢出。

6、（5分）簡述類加載器雙親委派模式？

答：在類加載的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)判斷當(dāng)前類是否已經(jīng)加載，如果已經(jīng)被加載，就會(huì)直接返回可用的類，否則就會(huì)嘗試加載，在嘗試加載時(shí)，會(huì)先請(qǐng)求雙親處理，如果雙親請(qǐng)求失敗，則會(huì)自己加載。自定義類加載器的雙親是應(yīng)用類加載器，應(yīng)用類加載器的雙親是擴(kuò)展類加載器，擴(kuò)展類加載器的雙親是啟動(dòng)類加載器。

7、（10分）簡述解釋執(zhí)行器、即時(shí)編譯器（JIT）在java程序執(zhí)行時(shí)的工作流程，為什么有時(shí)候Java方法執(zhí)行的比C快 ？

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答：如上圖所示，class字節(jié)碼會(huì)被JVM最后翻譯為計(jì)算機(jī)可以看懂的機(jī)器碼在CUP中運(yùn)行，這個(gè)過程由“解釋執(zhí)行器”進(jìn)行解釋執(zhí)行。HotSpot通過循環(huán)回邊計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)熱點(diǎn)方法，即時(shí)編譯器會(huì)根據(jù)JVM進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)信息（profiler、hprof）進(jìn)行“編譯優(yōu)化”，接著把“編譯優(yōu)化”后的熱點(diǎn)方法放在codeCache中，Java8中默認(rèn)開啟了分層編譯，方法調(diào)用1500次以下解釋執(zhí)行，達(dá)到1500次調(diào)用時(shí)候調(diào)C1編譯器，達(dá)到10000次時(shí)調(diào)C2編譯器。C1、C2編譯后的機(jī)器碼執(zhí)行效率更高。通常C2代碼的執(zhí)行效率要比C1高出30%以上。
解釋執(zhí)行相當(dāng)于同聲傳譯，你說一句我翻一句給觀眾(CPU)聽。JIT是線下翻譯，可以花時(shí)間精簡掉你的口語話表達(dá)(做編譯優(yōu)化)。相對(duì)比C程序， 執(zhí)行java程序時(shí)，cpu拿到的是C1、C2編譯優(yōu)化后的機(jī)器碼直接執(zhí)行，所以執(zhí)行效率更快一些。

8、（10分）簡述如下JVM參數(shù)含義：

-XX:+PrintHeapAtGC 打印垃圾回收時(shí)的堆信息
-XX:+PrintGCTimeStamps gclog中輸出gc發(fā)生時(shí)間
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印GC停頓時(shí)間
-Xloggc 指定gclog的文件位置
-XX:HeapDumpPath 指定導(dǎo)出堆文件的文件路徑
-verbose:class 跟蹤類的加載和卸載
-XX:+PrintCommandLineFlags 打印虛擬機(jī)顯式和隱式參數(shù)
-Xms 設(shè)置初始堆大小
-Xmx 設(shè)置最大堆大小
-Xmn 設(shè)置新生代大小
-XX:SurvivorRatio 設(shè)置eden/from的比例
-XX:MaxPermSize java7下設(shè)置永久代大小
-XX:MaxDirectMemorySize 設(shè)置直接內(nèi)存大小
–server 設(shè)置為server模式
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用cms垃圾回收器
-XX:CMSInitiatingOccupanyFraction 出發(fā)老年代垃圾回收內(nèi)存占比
-XX:MaxGCPauseMillis 預(yù)期gc停頓時(shí)間
-XX:+UseG1GC 使用G1垃圾回收器

9、（5分）簡述說明如何寫Java程序來證明STW（Stop-the-world）的這一特性？

答案：編寫java程序，開啟gclog，把jmx設(shè)置的盡量大一些（2G以上，為了讓垃圾收集的時(shí)間長一些），選擇串行垃圾回收器。
在java程序中運(yùn)行兩個(gè)線程：
線程1不斷像HashMap中增加鍵值內(nèi)容，直到老年代打滿的時(shí)候進(jìn)行map.clear()操作。
線程2設(shè)置每隔100ms像控制臺(tái)輸出時(shí)間戳日志。
當(dāng)?shù)诰€程1進(jìn)行map.clear()后觀察gclog，在gc日志中我們看到了fullgc日志，以及停頓時(shí)間。我們發(fā)現(xiàn)，這時(shí)候線程2的日志打印的時(shí)間戳間隔變長了，由100毫秒的停頓變成了幾百毫秒的停頓，這個(gè)幾百毫秒的停頓與gc日志中的fullgc停頓恰好相符，就是大名鼎鼎的Stop-the-world。在STW發(fā)生時(shí)，幾乎所有線程掛起，程序像hung死一樣。

10、（20分）上機(jī)題，打開vmware虛擬機(jī)，使用appuser用戶登錄, 密碼： ********，執(zhí)行腳本./TestStarter.sh
（1）解決啟動(dòng)時(shí)候的報(bào)錯(cuò)，請(qǐng)把調(diào)整后的JVM參數(shù)寫到答題紙上。
（2）成功啟動(dòng)程序后，結(jié)合linux系統(tǒng)工具、JVM工具分析當(dāng)前程序中的存在問題及可能的性能瓶頸。

答：一共5個(gè)問題，該題主要是考察結(jié)合工具分析jvm相關(guān)問題，綜合應(yīng)用top、vmstat、iostat、pidstat、jps、jstat、jinfo、jmap、jhat、jstack、jcmd、hprof、mat、arthas等工具發(fā)現(xiàn)相關(guān)性能問題。(該試題app后面放到github上)
問題1：?？臻g不夠。 //增加-xss大小讓程序正常啟動(dòng)。
問題2：類加載器造成的死鎖。 //使用jstack 觀察線程wait
問題3：存在高cpu線程。 //arthas dashboard觀察高cup線程，jad查看高cpu方法；或者使用查看比較高的線程id轉(zhuǎn)換16進(jìn)制之后再jstack導(dǎo)出的棧文件中查找導(dǎo)致cpu過高的線程。
問題4：存在大HashMap沒有被正常垃圾回收引發(fā)fullgc的情況。//使用mat進(jìn)行分析。
問題5：存在3個(gè)線程死鎖問題。 // Jstack -l 查看死鎖