面试 JVM 八股文十问十答第四期

作者：程序员小白条，个人博客

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1）简述Java垃圾回收机制

Java垃圾回收机制是一种自动管理内存的机制，它负责在程序运行时自动回收不再使用的内存空间，以便重新分配给其他需要的对象。Java中的垃圾回收机制通过标记-清除、复制、标记-整理等算法来实现。垃圾回收器会定期扫描程序中的对象，标记那些仍然被引用的对象，并清除那些没有被引用的对象，从而释放内存。

2）GC是什么？为什么要GC

GC是垃圾回收（Garbage Collection）的缩写。垃圾回收是一种自动管理内存的机制，它的目的是为了解决内存泄漏和内存溢出等问题。在程序运行过程中，当对象不再被引用时，垃圾回收机制会自动回收这些不再使用的对象所占用的内存空间，使得这些内存空间可以被重新利用。

GC的存在有以下几个原因：

避免内存泄漏：当程序中的对象不再被使用时，如果没有垃圾回收机制，这些对象所占用的内存空间将无法被释放，导致内存泄漏。
提高内存利用率：通过回收不再使用的内存空间，垃圾回收机制可以使得内存空间得到更有效的利用，提高内存利用率。
减少程序员的负担：垃圾回收机制可以自动管理内存，减轻了程序员手动释放内存的工作量，提高了开发效率。

3）垃圾回收的优点和原理，并考虑2种回收机制

自动管理内存：垃圾回收机制可以自动回收不再使用的内存空间，避免了手动释放内存的繁琐工作。
避免内存泄漏：垃圾回收机制可以及时回收不再使用的对象，避免了内存泄漏问题的发生。
提高内存利用率：通过回收不再使用的内存空间，垃圾回收机制可以使得内存空间得到更有效的利用，提高了内存利用率。

垃圾回收的原理可以分为两种主要的回收机制：

标记-清除（Mark and Sweep）：这是最基本的垃圾回收算法，它通过标记那些仍然被引用的对象，并清除那些没有被引用的对象，从而释放内存。
复制（Copying）：这种回收机制将内存分为两个区域，当一个区域的内存空间被使用完后，将存活的对象复制到另一个区域中，然后清除原来的区域，从而释放内存。

不同的垃圾回收器可以使用不同的回收机制，如标记-清除、复制、标记-整理等，根据具体的应用场景和需求选择合适的回收机制。

4）Java中都有哪些引用类型？

强引用（Strong Reference）：最常见的引用类型，只要强引用存在，垃圾回收器就不会回收该对象。
软引用（Soft Reference）：用于描述还有用但非必需的对象，当内存不足时，垃圾回收器会根据内存需求来决定是否回收软引用对象。
弱引用（Weak Reference）：用于描述非必需对象，只要垃圾回收器发现弱引用对象，就会立即回收。
虚引用（Phantom Reference）：用于描述即将被回收的对象，在任何时候都可能被垃圾回收器回收，主要用于跟踪对象被垃圾回收的状态。

5）怎么判断对象是否可以被回收？

引用计数为0：对象没有被任何引用指向时，即引用计数为0，可以被回收。
可达性分析：通过从根对象（如虚拟机栈、方法区静态变量等）出发，标记所有可达的对象，未被标记的对象即为不可达对象，可以被回收。

6）在Java中，对象什么时候可以被垃圾回收

对象不再被引用：当对象没有任何强引用指向时，即没有任何变量引用该对象，垃圾回收器会将其标记为可回收对象。
内存不足：当系统内存不足时，垃圾回收器会进行回收，释放不再使用的对象来腾出内存空间。
手动调用System.gc()：虽然调用System.gc()方法不能确保立即执行垃圾回收，但可以建议垃圾回收器执行回收操作。

需要注意的是，垃圾回收的具体时机是由垃圾回收器自行决定的，程序员不能精确控制对象何时被回收。

7）JVM中的永久代中会发生垃圾回收吗

在旧版的JVM中，永久代（Permanent Generation）是用于存放类的元数据、常量池等信息的区域，不会进行垃圾回收。然而，从JDK 8开始，永久代被元空间（Metaspace）所取代。元空间使用本地内存来存储类的元数据，不再受到永久代大小的限制，并且可以根据应用程序的需要动态调整大小。因此，永久代中不再发生垃圾回收。

8）说一下 JVM 有哪些垃圾回收算法？

标记-清除算法（Mark and Sweep）：标记所有活动对象，然后清除未标记的对象。
复制算法（Copying）：将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域，当一个区域的内存空间用完后，将存活的对象复制到另一个区域，并清除原来的区域。
标记-整理算法（Mark and Compact）：标记所有活动对象，然后将它们向一端移动，然后清除末端的内存空间。
分代回收算法（Generational Collection）：将内存分为不同的代，一般分为年轻代和老年代，根据对象的存活时间将其分配到不同的代中，然后针对不同代使用不同的垃圾回收算法。

9）说一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

Serial收集器：使用复制算法，适用于单线程环境。
Parallel收集器：使用复制算法，适用于多核环境，通过多线程并行执行垃圾回收操作。
CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）：使用标记-清除算法，以最短停顿时间为目标，通过并发标记和并发清除来减少停顿时间。
G1收集器（Garbage-First）：使用分代回收算法，将堆内存划分为多个区域，通过并发标记和并发清除来减少停顿时间。
ZGC收集器（Z Garbage Collector）：使用分代回收算法，通过并发标记和并发清除来减少停顿时间，并且可以处理非常大的堆内存。

10）详细介绍一下 CMS 垃圾回收器？

CMS垃圾回收器的工作过程如下：

初始标记（Initial Mark）：暂停所有应用线程，标记与根对象直接关联的对象，速度较快。
并发标记（Concurrent Mark）：并发地标记所有可达对象，与应用线程同时执行，不需要停顿应用线程。
重新标记（Remark）：暂停所有应用线程，标记在并发标记过程中发生变化的对象，速度较快。
并发清除（Concurrent Sweep）：并发地清除未标记的对象，与应用线程同时执行，不需要停顿应用线程。

CMS垃圾回收器的优点是最短停顿时间，适用于对响应时间有要求的应用。然而，由于并发执行垃圾回收的特性，它会增加一定的CPU和内存开销，并且可能导致碎片问题。因此，在大型堆内存或长时间运行的应用中，可能需要额外的调优措施来解决这些问题。

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