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JVM 专题：内存区域、类加载、垃圾回收、参数调优与线上排查

JVM 是 Java 后端绕不开的核心基础。学习 JVM 的目标不是背概念，而是能解释对象如何创建和回收、类如何加载、GC 如何影响应用、参数如何配置，以及线上 OOM、频繁 GC、CPU 飙高等问题应该如何排查。

适合谁看

  • 想系统学习 JVM 的 Java 后端开发者。
  • 准备 JVM 内存、类加载、GC、参数调优和线上排查相关面试题的同学。
  • 已经参与过线上服务维护，但对 GC 日志、堆转储、线程栈和 JDK 工具不熟的读者。
  • 想继续深入 Spring、Netty、中间件或性能优化的工程师。
Guide2023/8/7大约 4 分钟JavaJavaJVMJava面试
2026 最新 JVM 面试题总结：内存区域、类加载、垃圾回收与线上排查

JVM 面试很少停在“堆和栈有什么区别”。回答完内存区域，面试官通常会继续问对象怎样分配、哪些对象可以回收、一次 GC 为什么会停顿，以及线上出现 OOM、频繁 Full GC 或 CPU 飙高时怎样排查。

这篇文章是 JavaGuide JVM 专题的面试复习入口，问题按内存与对象、类文件与类加载、垃圾回收、参数与诊断工具、线上问题排查五部分整理。每个问题的完整答案放在对应专题文章中。

时间比较紧的话，可以先看 JVM 常见面试题总结，把答不完整的问题标出来，再回到本文和专题文章补细节。

Guide2023/8/7大约 11 分钟JavaJavaJVM面试题
Java 后端线上问题排查：CPU、内存、GC、线程池、数据库与 Redis

告警刚响，排查很容易被监控页面上最显眼的那条曲线带着走。看到 CPU 高就抓线程栈，看到 Full GC 就查堆，发布刚结束就准备回滚。可这些现象经常互相传导：慢 SQL 会占住数据库连接，连接池等待又会拖住业务线程，最后可能同时看到延迟、错误率和 CPU 上升。单看其中一项，很难定根因。

故障还在扩大时，先按预案控制影响。实例还有余量，确认取证不会继续压垮服务后，再保存日志、Trace、线程栈和内存信息。重启往往能暂时恢复，但也会清掉现场；为了抓取 Heap Dump 一直让异常实例承载流量，同样可能把问题拖大。现场情况决定先摘流量、回滚，还是先取证。

下面只讨论 Java 应用侧的常见问题。如果证据已经指向容器调度、内核、网络设备或云平台，需要转到相应平台的监控和操作手册继续排查，这里不展开。

Guide2023/5/10大约 21 分钟JavaJVM线上排查性能调优Java面试
类加载器详解（重点）

回顾一下类加载过程

开始介绍类加载器和双亲委派模型之前，简单回顾一下类加载过程。

  • 类加载过程：加载->连接->初始化。
  • 连接过程又可分为三步：验证->准备->解析。

类加载过程

加载是类加载过程的第一步，主要完成下面 3 件事情：

Guide2019/5/15大约 19 分钟JavaJVM
类文件结构详解

回顾一下字节码

在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做 字节码（即扩展名为 .class 的文件），它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以 Java 程序运行时比较高效，而且，由于字节码并不针对一种特定的机器，因此，Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Clojure（Lisp 语言的一种方言）、Groovy、Scala、JRuby、Kotlin 等语言都是运行在 Java 虚拟机之上。下图展示了不同的语言被不同的编译器编译成 .class 文件最终运行在 Java 虚拟机之上。.class 文件的二进制格式可以使用 WinHex 查看。

Guide2019/5/15大约 9 分钟JavaJVM
类加载过程详解

类的生命周期

类从被加载到虚拟机内存中开始到卸载出内存为止，它的整个生命周期可以简单概括为 7 个阶段：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）。其中，验证、准备和解析这三个阶段可以统称为连接（Linking）。

这 7 个阶段的顺序如下图所示：

一个类的完整生命周期

Guide2019/5/15大约 11 分钟JavaJVM
JDK监控和故障处理工具总结

JDK 命令行工具

这些命令在 JDK 安装目录下的 bin 目录下：

  • jps (JVM Process Status）: 类似 UNIX 的 ps 命令。用于查看所有 Java 进程的启动类、传入参数和 Java 虚拟机参数等信息；
  • jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）: 用于收集 HotSpot 虚拟机各方面的运行数据;
  • jinfo (Configuration Info for Java) : Configuration Info for Java,显示虚拟机配置信息;
  • jmap (Memory Map for Java) : 生成堆转储快照;
  • jhat (JVM Heap Dump Browser) : 用于分析 heapdump 文件，它会建立一个 HTTP/HTML 服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果。JDK9 移除了 jhat；
  • jstack (Stack Trace for Java) : 生成虚拟机当前时刻的线程快照，线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合。
Guide2019/5/7大约 12 分钟JavaJVM
JVM垃圾回收详解（重点）

如果没有特殊说明，都是针对的是 HotSpot 虚拟机。

本文基于《深入理解 Java 虚拟机：JVM 高级特性与最佳实践》进行总结补充。

常见面试题：

  • 如何判断对象是否死亡（两种方法）。
  • 简单的介绍一下强引用、软引用、弱引用、虚引用（虚引用与软引用和弱引用的区别、使用软引用能带来的好处）。
  • 如何判断一个常量是废弃常量
  • 如何判断一个类是无用的类
  • 垃圾收集有哪些算法，各自的特点？
  • HotSpot 为什么要分为新生代和老年代？
  • 常见的垃圾回收器有哪些？
  • 介绍一下 CMS,G1 收集器。
  • Minor Gc 和 Full GC 有什么不同呢？
Guide2018/8/27大约 30 分钟JavaJVM