Week 1 · Chapter 3 · Java/JVM

复习难度：⭐⭐ | 预计时长：2.5小时 | 重点程度：中

3.1 JVM 内存结构

原理

JVM 运行时数据区分为线程私有（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）和线程共享（堆、方法区）。

┌─────────────────────────────────────────┐
│                  Heap                   │  ← 线程共享，最大区域
│  ┌──────────────┐  ┌─────────────────┐  │
│  │    Young     │  │      Old        │  │
│  │ Eden S0 S1  │  │   (Tenured)     │  │
│  └──────────────┘  └─────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────┐
│              Method Area               │  ← 线程共享（1.8 后用 Metaspace）
│  类信息、常量、静态变量、JIT编译代码    │
└─────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────┐
│   PC Reg  │  VM Stack  │ Native Stack   │  ← 线程私有
└─────────────────────────────────────────┘

各区域职责：

区域 存储内容 异常
程序计数器 当前线程执行的字节码行号 无
VM Stack 方法栈帧（局部变量表、操作数栈） StackOverflowError / OOM
Heap 对象实例、数组 OOM
Method Area 类元数据、运行时常量池（1.8 后 Metaspace） OOM（Metaspace 可动态扩展）
Native Stack JNI 本地方法栈 StackOverflowError / OOM

常见面试题

Q1：对象在堆中的分配过程？

答：① 新对象先尝试在 Eden 区分配；② Eden 满时触发 Minor GC，存活对象进入 Survivor 区（S0/S1），年龄+1；③ 年龄超过阈值（默认15，-XX:MaxTenuringThreshold）进入老年代；④ 大对象直接进入老年代（-XX:PretenureSizeThreshold）。

Q2：方法区和 Metaspace 的区别？

答：Java 8 之前，方法区是堆的一部分（永久代），大小固定易 OOM。Java 8 后，类元数据移到native 内存的 Metaspace，不再受堆大小限制，可以通过 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 配置。

3.2 GC 算法

原理

常见 GC 算法对比：

算法 原理 优点 缺点
标记-清除 先标记存活对象，再清除未标记 简单 产生内存碎片
复制 将存活对象复制到另一半 无碎片，高效 浪费一半空间
标记-整理 标记后移动存活对象紧邻 无碎片 移动成本
分代收集 Young（复制）/Old（标记-整理） 优化局部性 参数调优复杂

HotSpot 分代策略：

Young Generation:
  Eden (8) + Survivor x2 (1:1:1)
  → 触发 Minor GC，存活对象进入 S 区，年龄+1
  → 多次回收后仍存活 → Old Generation

Old Generation:
  → 触发 Major GC / Full GC（STW 时间长）

G1（Garbage First）——JDK 11+ 默认： - 把堆划分为多个大小相等的 Region（1MB~32MB） - 优先回收垃圾最多的 Region（First） - 可设置 -XX:MaxGCPauseMillis 控制停顿时间

常见面试题

Q1：Minor GC 和 Full GC 的触发条件？

答：Minor GC：Eden 区满（JVM 规范，实际 survivor 满也会）。Full GC：① 老年代空间不足；② Metaspace 满；③ System.gc()（可能触发）；④ malloc 无法从 OS 分配内存。

Q2：G1 的 ZGC 有什么区别？

答：ZGC 是 JDK 11+ 的低延迟 GC，停顿时间 < 1ms，使用着色指针（colored pointer）做并发标记/整理，支持 TB 级堆。代价是吞吐略低于 G1。

3.3 线程池

原理

Java 线程池通过 Executor 框架实现：

// 常用线程池创建方式
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);  // 固定大小
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();     // 按需创建
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); // 单线程

// 推荐：手动用 ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
    5,                      // corePoolSize
    20,                     // maximumPoolSize
    60L, TimeUnit.SECONDS,  // keepAliveTime
    new LinkedBlockingQueue<>(100),  // 队列容量
    new ThreadFactory()...,  // 自定义线程名
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒绝策略
);

线程池拒绝策略：

策略 行为
AbortPolicy（默认） 抛 RejectedExecutionException
CallerRunsPolicy 由调用线程执行任务
DiscardPolicy 静默丢弃
DiscardOldestPolicy 丢弃队列最旧的任务

工作流程：

新任务 → corePoolSize 未满 → 创建新线程执行
      → corePoolSize 满 → 加入阻塞队列
      → 队列满 & maximumPoolSize 未满 → 创建新线程
      → 队列满 & maximumPoolSize 满 → 执行拒绝策略

常见面试题

Q1：线程池的核心参数如何设置？

答：取决于任务类型： - CPU 密集型：CPU核数 + 1，减少线程竞争 - IO 密集型：CPU核数 / (1 - 阻塞系数)，阻塞系数 0.8~0.9 时可设 2~4 倍 CPU 核数 - 队列容量：按峰值 QPS × 平均耗时估算

Q2：为什么阿里巴巴规范禁止使用 Executors 创建线程池？

答：newFixedThreadPool 和 newSingleThreadPool 使用 LinkedBlockingQueue（无界队列），任务过多时会导致 OOM；newCachedThreadPool 线程数无上限，高并发下可能创建过多线程拖垮系统。

Q3：Go 的 goroutine 池和 Java 线程池的本质区别？

答：Java 线程池的线程是 OS 线程（1:1），线程创建/切换成本高；Go 的 GMP 模型是 M:N，百万级并发下 goroutine 调度开销远低于 Java 线程。

3.4 JVM 调优实战

常用参数

# 堆大小配置
-Xms4g -Xmx4g          # 初始/最大堆（生产应设相同避免动态调整）
-Xmn2g                  # Young 区大小

# G1 配置
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=4m

# Metaspace
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=512m

# GC 日志
-Xlog:gc*:file=gc.log:time:filecount=5,filesize=10m

常见面试题

Q1：JVM OOM 如何排查？

答：① 看堆 dump（-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError）；② 用 MAT / JProfiler 分析对象占用；③ 确认是否是 Metaspace 泄漏（类加载器问题）；④ 检查 JNI 导致的 native 内存泄漏。

Q2：JVM 频繁 Full GC 但堆使用率不高？

答：可能是 Metaspace 满了（类不断加载/元数据泄漏）；也可能是使用 DirectByteBuffer 导致的 native 内存泄漏。添加 -XX:NativeMemoryTracking=detail 排查。

📝 本章高频问题速记

问题 核心答案
JVM 内存区域（线程共享） Heap + Method Area（Metaspace）
JVM 内存区域（线程私有） PC寄存器 + VM Stack + Native Stack
Minor GC 触发条件 Eden 区满
Full GC 触发条件 老年代满 / Metaspace满 / System.gc()
G1 vs ZGC G1 可控停顿，ZGC <1ms 低延迟
线程池拒绝策略 Abort/CallerRuns/Discard/DiscardOldest
CPU 密集型线程池大小 CPU核数 + 1
阿里规范禁止 Executors 无界队列 OOM / 无限创建线程