JVM（上） — 垃圾回收算法

java突击队2025/12/19大约 14 分钟

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14、谈谈对 OOM 的认识

除了程序计数器，其他内存区域都有 OOM 的风险。

栈一般经常会发生 StackOverflowError，比如 32 位的 windows 系统单进程限制 2G 内存，无限创建线程就会发生栈的 OOM

Java 8 常量池移到堆中，溢出会出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，设置最大元空间大小参数无效

堆内存溢出，报错同上，这种比较好理解，GC 之后无法在堆中申请内存创建对象就会报错

方法区 OOM，经常会遇到的是动态生成大量的类、jsp 等

直接内存 OOM，涉及到 -XX:MaxDirectMemorySize 参数和 Unsafe 对象对内存的申请

15、什么情况发生栈溢出？

-Xss可以设置线程栈的大小，当线程方法递归调用层次太深或者栈帧中的局部变量过多时，会出现栈溢出错误 java.lang.StackOverflowError

16、你有哪些手段来排查 OOM 的问题？

增加两个参数 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof，当 OOM 发生时自动 dump 堆内存信息到指定目录

同时 jstat 查看监控 JVM 的内存和 GC 情况，先观察问题大概出在什么区域

使用 MAT 工具载入到 dump 文件，分析大对象的占用情况，比如 HashMap 做缓存未清理，时间长了就会内存溢出，可以把改为弱引用

17、遇到过元空间溢出吗？

元空间在本地内存上，默认是没有上限的，不加限制出了问题会影响整个服务器的，所以也是比较危险的。-XX:MaxMetaspaceSize 可以指定最大值。

一般使用动态代理的框架会生成很多 Java 类，如果占用空间超出了我们的设定最大值，会发生元空间溢出。

18、遇到过堆外内存溢出吗？

Unsafe 类申请内存、JNI 对内存进行操作、Netty 调用操作系统的 malloc 函数的直接内存，这些内存是不受 JVM 控制的，不加限制的使用，很容易发生溢出。这种情况有个显著特点，dump 的堆文件信息正常甚至很小。 -XX:MaxDirectMemorySize 可以指定最大直接内存，但限制不住所有堆外内存的使用。

19、谈谈你知道的垃圾回收算法

判断对象是否可回收的算法有两种：

Reference Counting GC，引用计数算法

Tracing GC，可达性分析算法

JVM 各厂商基本都是用的 Tracing GC 实现

大部分垃圾收集器遵从了分代收集(Generational Collection)理论。针对新生代与老年代回收垃圾内存的特点，提出了 3 种不同的算法：

1、标记-清除算法(Mark-Sweep) 标记需回收对象，统一回收；或标记存活对象，回收未标记对象。缺点：

大量对象需要标记与清除时，效率不高

标记、清除产生的大量不连续内存碎片，导致无法分配大对象

2、标记-复制算法(Mark-Copy) 可用内存等分两块，使用其中一块 A，用完将存活的对象复制到另外一块 B，一次性清空 A，然后改分配新对象到 B，如此循环。缺点：

不适合大量对象不可回收的情况，换句话说就是仅适合大量对象可回收，少量对象需复制的区域

只能使用内存容量的一半，浪费较多内存空间

3、标记-整理算法(Mark-Compact) 标记存活的对象，统一移到内存区域的一边，清空占用内存边界以外的内存。缺点：

移动大量存活对象并更新引用，需暂停程序运行

20、谈谈你知道的垃圾收集器

Serial 特点：

JDK 1.3 开始提供

新生代收集器

无线程交互开销，单线程收集效率最高

进行垃圾收集时需要暂停用户线程

适用于客户端，小内存堆的回收

ParNew 特点：

是 Serial 收集器的多线程并行版

JDK 7 之前首选的新生代收集器

第一款支持并发的收集器，首次实现垃圾收集线程与用户线程基本上同时工作

除 Serial 外，只有它能与 CMS 配合

Parallel Scavenge 特点：

新生代收集器

标记-复制算法

多线程并行收集器

追求高吞吐量，即最小的垃圾收集时间

可以配置最大停顿时间、垃圾收集时间占比

支持开启垃圾收集自适应调节策略，追求适合的停顿时间或最大的吞吐量

Serial Old 特点：

与 Serial 类似，是 Serial 收集器的老年代版本

使用标记-整理算法

Parallel Old 特点：

JDK 6 开始提供

Parallel Scavenge 的老年代版

支持多线程并发收集

标记-整理算法

Parallel Scavenge + Parallel Old 是一个追求高吞吐量的组合

CMS 特点：

标记-清除算法

追求最短回收停顿时间

多应用于关注响应时间的 B/S 架构的服务端

并发收集、低停顿

占用一部分线程资源，应用程序变慢，吞吐量下降

无法处理浮动垃圾，可能导致 Full GC

内存碎片化问题

G1 特点：

JDK 6 开始实验，JDK 7 商用

面向服务端，JDK 9 取代 Parallel Scavenge + Parallel Old

结合标记-整理、标记-复制算法

首创局部内存回收设计思路

基于 Region 内存布局，采用不同策略实现分代

不再使用固定大小、固定数量的堆内存分代区域划分

优先回收价收益最大的 Region

单个或多个 Humongous 区域存放大对象

使用记忆集解决跨 Region 引用问题

复杂的卡表实现，导致更高的内存占用，堆的 10%～20%

全功能垃圾收集器

追求有限的时间内最高收集效率、延迟可控的情况下最高吞吐量

追求应付内存分配速率，而非一次性清掉所有垃圾内存

适用于大内存堆

Shenandoah 特点：

追求低延迟，停顿 10 毫秒以内

OpenJDK 12 新特性，RedHat 提供

连接矩阵代替记忆集，降低内存使用与伪共享问题出现概率

ZGC 特点：

JDK 11 新加的实验性质的收集器

追求低延迟，停顿 10 毫秒以内

基于 Region 内存布局

未设分代

读屏障、染色指针、内存多重映射实现可并发的标记-整理算法

染色指针和内存多重映射设计精巧，解决部分性能问题，但降低了可用最大内存、操作系统受限、只支持 32 位、不支持压缩指针等

成绩亮眼、性能彪悍

21、生产环境用的什么JDK？如何配置的垃圾收集器？

Oracle JDK 1.8

JDK 1.8 中有 Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1，默认使用 Parallel Scavenge + Parallel Old。

Serial 系列是单线程垃圾收集器，处理效率很高，适合小内存、客户端场景使用，使用参数 -XX:+UseSerialGC 显式启用。

Parallel 系列相当于并发版的 Serial，追求高吞吐量，适用于较大内存并且有多核CPU的环境，默认或显式使用参数 -XX:+UseParallelGC 启用。可以使用 -XX:MaxGCPauseMillis 参数指定最大垃圾收集暂停毫秒数，收集器会尽量达到目标；使用 -XX:GCTimeRatio 指定期望吞吐量大小，默认 99，用户代码运行时间:垃圾收集时间=99:1。

CMS，追求垃圾收集暂停时间尽可能短，适用于服务端较大内存且多 CPU 的应用，使用参数 -XX:+UseConcMarkSweepGC 显式开启，会同时作用年轻代与老年代，但有浮动垃圾和内存碎片化的问题。

G1，主要面向服务端应用的垃圾收集器，适用于具有大内存的多核 CPU 的服务器，追求较小的垃圾收集暂停时间和较高的吞吐量。首创局部内存回收设计思路，采用不同策略实现分代，不再使用固定大小、固定数量的堆内存分代区域划分，而是基于 Region 内存布局，优先回收价收益最大的 Region。使用参数 -XX:+UseG1GC 开启。

我们生产环境使用了 G1 收集器，相关配置如下 -Xmx12g

-Xms12g

-XX:+UseG1GC

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45

-XX:MaxGCPauseMillis=200

-XX:MetaspaceSize=256m

-XX:MaxMetaspaceSize=256m

-XX:MaxDirectMemorySize=512m

-XX:G1HeapRegionSize 未指定

核心思路：

每个内存区域设置上限，避免溢出

堆设置为操作系统的 70%左右，超过 8 G，首选 G1

根据老年代对象提升速度，调整新生代与老年代之间的内存比例

等过 GC 信息，针对项目敏感指标优化，比如访问延迟、吞吐量等

22、如何查看 JVM 当前使用的是什么垃圾收集器？

-XX:+PrintCommandLineFlags 参数可以打印出所选垃圾收集器和堆空间大小等设置

如果开启了 GC 日志详细信息，里面也会包含各代使用的垃圾收集器的简称

常见的 GC 日志开启参数包括： -Xloggc:filename，指定日志文件路径 -XX:+PrintGC，打印 GC 基本信息 -XX:+PrintGCDetails，打印 GC 详细信息 -XX:+PrintGCTimeStamps，打印 GC 时间戳 -XX:+PrintGCDateStamps，打印 GC 日期与时间 -XX:+PrintHeapAtGC，打印 GC 前后的堆、方法区、元空间可用容量变化 -XX:+PrintTenuringDistribution，打印熬过收集后剩余对象的年龄分布信息，有助于 MaxTenuringThreshold 参数调优设置 -XX:+PrintAdaptiveSizePolicy，打印收集器自动设置堆空间各分代区域大小、收集目标等自动调节的相关信息 -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime，打印 GC 过程中用户线程并发时间 -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime，打印 GC 过程中用户线程停顿时间 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，堆 oom 时自动 dump -XX:HeapDumpPath，堆 oom 时 dump 文件路径

Java 9 JVM 日志模块进行了重构，参数格式发生变化，这个需要知道。

GC 日志输出的格式，会随着上面的参数不同而发生变化。关注各个分代的内存使用情况、垃圾回收次数、垃圾回收的原因、垃圾回收占用的时间、吞吐量、用户线程停顿时间。

借助工具可视化工具可以更方便的分析，在线工具 GCeasy；离线版可以使用 GCViewer。

如果现场环境不允许，可以使用 JDK 自带的 jstat 工具监控观察 GC 情况。

24、JVM 监控与分析工具你用过哪些？介绍一下。

jps，显示系统所有虚拟机进程信息的命令行工具 jstat，监视分析虚拟机运行状态的命令行工具 jinfo，查看和调整虚拟机参数的命令行工具 jmap，生成虚拟机堆内存转储快照的命令行工具 jhat，显示和分析虚拟机的转储快照文件的命令行工具 jstack，生成虚拟机的线程快照的命令行工具 jcmd，虚拟机诊断工具，JDK 7 提供 jhsdb，基于服务性代理实现的进程外可视化调试工具，JDK 9 提供 JConsole，基于JMX的可视化监视和管理工具 jvisualvm，图形化虚拟机使用情况的分析工具 Java Mission Control，监控和管理 Java 应用程序的工具

MAT，Memory Analyzer Tool，虚拟机内存分析工具 vjtools，唯品会的包含核心类库与问题分析工具 arthas，阿里开源的 Java 诊断工具 greys，JVM进程执行过程中的异常诊断工具 GCHisto，GC 分析工具 GCViewer，GC 日志文件分析工具 GCeasy，在线版 GC 日志文件分析工具 JProfiler，检查、监控、追踪 Java 性能的工具 BTrace，基于动态字节码修改技术(Hotswap)实现的Java程序追踪与分析工具

下面可以重点体验下： JDK 自带的命令行工具方便快捷，不是特别复杂的问题可以快速定位；

阿里的 arthas 命令行也不错；

可视化工具 MAT、JProfiler 比较强大。

25、JIT 是什么？

Just In Time Compiler 的简称，即时编译器。为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化，完成这个任务的编译器就是 JIT。

26、谈谈双亲委派模型

Parents Delegation Model，这里的 Parents 翻译成双亲有点不妥，类加载向上传递的过程中只有单亲；parents 更多的是多级向上的意思。

除了顶层的启动类加载器，其他的类加载器在加载之前，都会委派给它的父加载器进行加载，一层层向上传递，直到所有父类加载器都无法加载，自己才会加载该类。

双亲委派模型，更好地解决了各个类加载器协作时基础类的一致性问题，避免类的重复加载；防止核心API库被随意篡改。

JDK 9 之前

启动类加载器（Bootstrp ClassLoader），加载 /lib/rt.jar、-Xbootclasspath

扩展类加载器（Extension ClassLoader）sun.misc.Launcher$ExtClassLoader，加载 /lib/ext、java.ext.dirs

应用程序类加载器（Application ClassLoader，sun.misc.Launcher$AppClassLoader），加载 CLASSPTH、-classpath、-cp、Manifest

自定义类加载器

JDK 9 开始 Extension ClassLoader 被 Platform ClassLoader 取代，启动类加载器、平台类加载器、应用程序类加载器全都继承于 jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader

类加载代码逻辑

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {  
  // 首先，检查请求的类是否已经被加载过了  
  Class c = findLoadedClass(name);  
  if (c == null) {    
     try {      
       if (parent != null) {       
             c = parent.loadClass(name, false);      
        } else {        
             c = findBootstrapClassOrNull(name);      
        }    
      } catch (ClassNotFoundException e) {      
        // 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException      
        // 说明父类加载器无法完成加载请求    
        }    
        if (c == null) {      
          // 在父类加载器无法加载时      
          // 再调用本身的findClass方法来进行类加载      
          c = findClass(name);    
        } 
        }  
      if (resolve) {    
        resolveClass(c);  
      }  return c;
    }

27、列举一些你知道的打破双亲委派机制的例子。为什么要打破？

JNDI 通过引入线程上下文类加载器，可以在 Thread.setContextClassLoader 方法设置，默认是应用程序类加载器，来加载 SPI 的代码。有了线程上下文类加载器，就可以完成父类加载器请求子类加载器完成类加载的行为。打破的原因，是为了 JNDI 服务的类加载器是启动器类加载，为了完成高级类加载器请求子类加载器（即上文中的线程上下文加载器）加载类。

Tomcat，应用的类加载器优先自行加载应用目录下的 class，并不是先委派给父加载器，加载不了才委派给父加载器。打破的目的是为了完成应用间的类隔离。

OSGi，实现模块化热部署，为每个模块都自定义了类加载器，需要更换模块时，模块与类加载器一起更换。其类加载的过程中，有平级的类加载器加载行为。打破的原因是为了实现模块热替换。

JDK 9，Extension ClassLoader 被 Platform ClassLoader 取代，当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前，要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责那个模块的加载器完成加载。打破的原因，是为了添加模块化的特性。