java算法基础面试



前言

垃圾回收是Java实现动态内存管理的重要手段。

JVM内存模型

JVM内存模型.jpg

JVM将虚拟机分为5大区域：

• 程序计数器：线程私有的，是一块很小的内存空间，作为当前线程的行号指示器，用于记录当前虚拟机正在执行的线程指令地址；
• 虚拟机栈：线程私有的，每个方法执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数、动态链接和方法返回等信息，当线程请求的栈深度超过了虚拟机允许的最大深度时，就会抛出StackOverFlowError；
• 本地方法栈：线程私有的，保存的是native方法的信息，当一个jvm创建的线程调用native方法后，jvm不会在虚拟机栈中为该线程创建栈帧，而是简单的动态链接并直接调用该方法；
• JAVA堆：java堆是所有线程共享的一块内存，一般也是最大的，几乎所有对象的实例和数组都要在堆上分配内存，因此该区域经常发生垃圾回收的操作；
• 方法区：存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据。即永久代，在jdk1.8中不存在方法区了，被元数据区替代(原方法区被分成两部分；1：加载的类信息，2：运行时常量池)；

垃圾回收

垃圾回收一般发生在JAVA堆区域。JAVA堆可以细分为新生代和老年代。新生代又被细分为Eden和Survivor(S0+S1)，默认的分配比例为8：1：1。

当Eden区满时，会触发一次Minor GC(夭折？)，存活下来的对象会被分到Survivor区，但是大对象(需要大量连续内存空间的对象)会被直接分到老年代。从Eden出生的对象，每经历一次Minor GC，年龄+1，到15被分配到老年代。

当老年代满了，而无法容纳更多对象的话，会触发一次FULL GC。FULL GC的对象是整个内存堆(年轻代和老年代)。Major GC是发生在老年代的GC，清理老年区，经常会伴随至少一次Minor GC。

对象存活判断

• 引用计数法：
  为每个对象设置一个引用计数器，每被引用+1，引用失效-1，当计数为0，等待回收。但是存在循环引用的问题，一般主流虚拟机不采用该方法。
• 可达性分析法：
  从GC Roots向下搜索，不可达的对象，说明不可用，经过2次不可达标记后被正式回收。第一次，判断是否有执行finalize()的必要(是否执行过finalize，是否覆盖了finalize()[重写且不为空])，若无必要，等待回收，若有必要，将被放入F-Queue队列，生成一个finalize线程执行该方法，之后进行第二次GC标记，若依然不可达GC Roots，将被回收。

note*：

• finalize线程不能保证该方法一定被执行，因为如果线程执行缓慢或进入了死锁，会导致回收系统的崩溃。
• 可以作为GC Roots的对象：虚拟机栈中引用的对象、方法区类静态属性引用的变量、方法区常量池引用的对象、本地方法栈JNI引用的对象

垃圾回收算法

• 标记清除算法：
  第一步，利用可达性进行存活和垃圾对象标记；
  第二步，遍历，将标记为垃圾的对象回收；
  特点：效率低，标记和清除的效率都不高；标记和清除后会产生大量的不连续的空间分片，可能会导致之后程序运行的时候需分配java算法基础面试大对象而找不到连续分片而不得不触发一次GC。
• 标记整理算法：
  第一步：利用可达性进行存活和垃圾对象标记；
  第二步：将所有的存活的对象向一端移动，将端边界以外的对象都回收掉；
  特点：适用于存活对象多，垃圾少的情况；需要整理的过程，无空间碎片产生。
• 复制算法：
  将内存按照容量大小分为大小相等的两块，每次只使用一块，当一块使用完了，就将还存活的对象移到另一块上，然后在把使用过的内存空间移除；
  特点：不会产生空间碎片；内存使用率极低。
• 分代收集算法：
  根据内存对象的存活周期不同，将内存划分成几块，java虚拟机一般将内存分成新生代和老年代，在新生代中，有大量对象死去和少量对象存活，所以采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集；老年代中因为对象的存活率极高，没有额外的空间对他进行分配担保，所以采用标记清理或者标记整理算法进行回收；

垃圾回收器

垃圾回收器主要分为以下几种：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1；

• Serial:
  单线程的收集器，收集垃圾时，必须stop the world，复制算法。
• ParNew:
  Serial收集器的多线程版本，也需要stop the world，复制算法.
• Parallel Scavenge:
  新生代收集器，复制算法的收集器，并发的多线程收集器，目标是达到一个可控的吞吐量，和ParNew的最大区别是GC自动调节策略；虚拟机会根据系统的运行状态收集性能监控信息，动态设置这些参数，以提供最优停顿时间和最高的吞吐量；
• Serial Old：
  Serial收集器的老年代版本，单线程收集器，使用标记整理算法。
• Parallel Old：
  是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程，标记-整理算法。
• CMS:
  是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，标记清除算法，运作过程：初始标记，并发标记，重新标记，并发清除，收集结束会产生大量空间碎片；
• G1:
  标记整理算法实现，运作流程主要包括以下：初始标记，并发标记，最终标记，筛选回收。不会产生空间碎片，可以精确地控制停顿；
  G1将整个堆分为大小相等的多个Region（区域），G1跟踪每个区域的垃圾大小，在后台维护一个优先级列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的区域，已达到在有限时间内获取尽可能高的回收效率；

参考文章

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