Java虚拟机面试题：JVM调优
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Java虚拟机面试题：JVM调优
1. 有哪些常用的命令行性能监控和故障处理工具？
-
操作系统工具
- top：显示系统整体资源使用情况
- vmstat：监控内存和 CPU
- iostat：监控 IO 使用
- netstat：监控网络使用
-
JDK 性能监控工具
- jps：虚拟机进程查看
- jstat：虚拟机运行时信息查看
- jinfo：虚拟机配置查看
- jmap：内存映像（导出）
- jhat：堆转储快照分析
- jstack：Java 堆栈跟踪
- jcmd：实现上面除了 jstat 外所有命令的功能
jmap 的具体命令有哪些？
①、我一般会使用 jmap -heap <pid> 查看堆内存摘要，包括新生代、老年代、元空间等。
②、或者使用 jmap -histo <pid> 查看对象分布。
③、还有生成堆转储文件：jmap -dump:format=b,file=<path> <pid>。
2. 了解哪些可视化的性能监控和故障处理工具？
我自己用过的可视化工具主要有：
①、JConsole：JDK 自带的监控工具，可以用来监视 Java 应用程序的运行状态，包括内存使用、线程状态、类加载、GC 等，还可以进行一些基本的性能分析。
②、VisualVM：VisualVM 是一个基于 NetBeans 平台的可视化工具，在很长一段时间内，VisualVM 都是 Oracle 官方主推的故障处理工具。集成了多个 JDK 命令行工具的功能，提供了一个友好的图形界面，非常适用于开发和生产环境。
③、Java Mission Control：JMC 最初是 JRockit VM 中的诊断工具，但在 Oracle JDK7 Update 40 以后，就绑定到了 HotSpot VM 中。不过后来又被 Oracle 开源出来作为一个单独的产品。
还有一些第三方的工具：
①、MAT：
- Java 堆内存分析工具，主要用于分析和查找 Java 堆中的内存泄漏和内存消耗问题。
- 可以从 Java 堆转储文件中分析内存使用情况，并提供丰富的报告，如内存泄漏疑点、最大对象和 GC 根信息。
- 支持通过图形界面查询对象，以及检查对象间的引用关系。
②、GChisto：GC 日志分析工具，帮助开发者优化垃圾收集行为和调整 GC 性能。
③、GCViewer：类似于 GChisto，也是用来分析 GC 日志，帮助开发者优化 Java 应用的垃圾回收过程。
④、JProfiler：一个全功能的商业 Java 性能分析工具，提供 CPU、 内存和线程的实时分析。
⑤、arthas：
- 阿里巴巴开源的 Java 诊断工具，主要用于线上的应用诊断。
- 支持在不停机的情况下进行 Java 应用的诊断。
- 包括 JVM 信息查看、监控、Trace 命令、反编译等。
⑥、async-profiler：一个低开销的性能分析工具，支持生成火焰图，适用于复杂性能问题的分析。
- Java 面试指南（付费）收录的华为面经同学 9 Java 通用软件开发一面面试原题：如何查看当前 Java 程序里哪些对象正在使用，哪些对象已经被释放
3. JVM 的常见参数配置知道哪些？
一些常见的参数配置：
堆配置：
- -Xms:初始堆大小
- -Xmx:最大堆大小
- -XX:NewSize=n:设置年轻代大小
- -XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如：为 3 表示年轻代和年老代比值为 1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的 1/4
- -XX:SurvivorRatio=n:年轻代中 Eden 区与两个 Survivor 区的比值。注意 Survivor 区有两个。如 3 表示 Eden： 3 Survivor：2，一个 Survivor 区占整个年轻代的 1/5
- -XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置：
- -XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
- -XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
- -XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
- -XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
并行收集器设置
- -XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的 CPU 数。并行收集线程数
- -XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大的暂停时间（如果到这个时间了，垃圾回收器依然没有回收完，也会停止回收）
- -XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为：1/(1+n)
- -XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单 CPU 情况
- -XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代手机方式为并行收集时，使用的 CPU 数。并行收集线程数
打印 GC 回收的过程日志信息
- -XX:+PrintGC
- -XX:+PrintGCDetails
- -XX:+PrintGCTimeStamps
- -Xloggc:filename
4. 有做过 JVM 调优吗？
JVM 调优是一个复杂的过程，主要包括对堆内存、垃圾收集器、JVM 参数等进行调整和优化。
①、JVM 的堆内存主要用于存储对象实例，如果堆内存设置过小，可能会导致频繁的垃圾回收。所以，技术派实战项目是在启动 JVM 的时候就调整了一下 -Xms 和-Xmx 参数，让堆内存最大可用内存为 2G。
②、在项目运行期间，我会使用 JVisualVM 定期观察和分析 GC 日志，如果发现频繁的 Full GC，就需要特别关注老年代的使用情况。
接着，通过分析 Heap dump 寻找内存泄漏的源头，看看是否有未关闭的资源，长生命周期的大对象等。
之后，就要进行代码优化了，比如说减少大对象的创建、优化数据结构的使用方式、减少不必要的对象持有等。
5. CPU 占用过高怎么排查？
首先，使用 top 命令查看 CPU 占用情况，找到占用 CPU 较高的进程 ID。
top
接着，使用 jstack 命令查看对应进程的线程堆栈信息。
jstack -l <pid> > thread-dump.txt
上面 👆🏻 这个命令会将所有线程的堆栈信息输出到 thread-dump.txt 文件中。
然后再使用 top 命令查看进程中线程的占用情况，找到占用 CPU 较高的线程 ID。
top -H -p <pid>
注意，top 命令显示的线程 ID 是十进制的，而 jstack 输出的是十六进制的，所以需要将线程 ID 转换为十六进制。
printf "%x\n" PID
在 jstack 的输出中搜索这个十六进制的线程 ID，找到对应的堆栈信息。
"Thread-5" #21 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f812c018800 nid=0x1a85 runnable [0x00007f811c000000]java.lang.Thread.State: RUNNABLEat com.example.MyClass.myMethod(MyClass.java:123)at ...
最后，根据堆栈信息定位到具体的业务方法，查看是否有死循环、频繁的垃圾回收（GC）、资源竞争（如锁竞争）导致的上下文频繁切换等问题。
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6. 内存飙高问题怎么排查？
内存飚高一般是因为创建了大量的 Java 对象所导致的，如果持续飙高则说明垃圾回收跟不上对象创建的速度，或者内存泄漏导致对象无法回收。
排查的方法主要分为以下几步：
第一，先观察垃圾回收的情况，可以通过 jstat -gc PID 1000 查看 GC 次数和时间。
或者 jmap -histo PID | head -20 查看堆内存占用空间最大的前 20 个对象类型。
第二步，通过 jmap 命令 dump 出堆内存信息。
第三步，使用可视化工具分析 dump 文件，比如说 VisualVM，找到占用内存高的对象，再找到创建该对象的业务代码位置，从代码和业务场景中定位具体问题。
- Java 面试指南（付费）收录的联想面经同学 7 面试原题：怎么定位线上的内存问题。
7. 频繁 minor gc 怎么办？
频繁的 Minor GC（也称为 Young GC）通常表示新生代中的对象频繁地被垃圾回收，可能是因为新生代空间设置过小，或者是因为程序中存在大量的短生命周期对象（如临时变量、方法调用中创建的对象等）。
可以使用 GC 日志进行分析，查看 GC 的频率和耗时，找到频繁 GC 的原因。
-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log
或者使用监控工具（如 VisualVM、jstat、jconsole 等）查看堆内存的使用情况，特别是新生代（Eden 和 Survivor 区）的使用情况。
如果是因为新生代空间不足，可以通过 -Xmn 增加新生代的大小，减少新生代的填满速度。
java -Xmn256m your-app.jar
如果对象未能在 Survivor 区足够长时间存活，就会被晋升到老年代，可以通过 -XX:SurvivorRatio 参数调整 Eden 和 Survivor 的比例。默认比例是 8:1，表示 8 个空间用于 Eden，1 个空间用于 Survivor 区。
-XX:SurvivorRatio=6
这将减少 Eden 区的大小，增加 Survivor 区的大小，以确保对象在 Survivor 区中存活的时间足够长，避免过早晋升到老年代。
- Java 面试指南（付费）收录的京东面经同学 8 面试原题：young GC频繁如何排查？修改哪些参数？
8. 频繁 Full GC 怎么办？
Full GC 是指对整个堆内存（包括新生代和老年代）进行垃圾回收操作。Full GC 频繁会导致应用程序的暂停时间增加，从而影响性能。
常见的原因有：
- 大对象（如大数组、大集合）直接分配到老年代，导致老年代空间快速被占用。
- 程序中存在内存泄漏，导致老年代的内存不断增加，无法被回收。比如 IO 资源未关闭。
- 一些长生命周期的对象进入到了老年代，导致老年代空间不足。
- 不合理的 GC 参数配置也导致 GC 频率过高。比如说新生代的空间设置过小。
该怎么排查 Full GC 频繁问题？
大厂一般都会有专门的性能监控系统，可以通过监控系统查看 GC 的频率和堆内存的使用情况。
否则可以使用 JDK 的一些自带工具，包括 jmap、jstat 等。
# 查看堆内存各区域的使用率以及GC情况
jstat -gcutil -h20 pid 1000
# 查看堆内存中的存活对象，并按空间排序
jmap -histo pid | head -n20
# dump堆内存文件
jmap -dump:format=b,file=heap pid
或者使用一些可视化的工具，比如 VisualVM、JConsole 等。
如何解决 Full GC 频繁问题？
假如是因为大对象直接分配到老年代导致的 Full GC 频繁，可以通过 -XX:PretenureSizeThreshold 参数设置大对象直接进入老年代的阈值。
或者能不能将大对象拆分成小对象，减少大对象的创建。比如说分页。
假如是因为内存泄漏导致的 Full GC 频繁，可以通过分析堆内存 dump 文件找到内存泄漏的对象，再找到内存泄漏的代码位置。
假如是因为长生命周期的对象进入到了老年代，要及时释放资源，比如说 ThreadLocal、数据库连接、IO 资源等。
假如是因为 GC 参数配置不合理导致的 Full GC 频繁，可以通过调整 GC 参数来优化 GC 行为。或者直接更换更适合的 GC 收集器，如 G1、ZGC 等。