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Java最常见面试题全解析:Redis、JVM

发布百知教育 来源:学习课程 2019-11-15

一、Redis


1、Redis 是什么?都有哪些使用场景?

Redis 是一个使用 C 语言开发的高速缓存数据库。

Redis 使用场景:

记录帖子点赞数、点击数、评论数;

缓存近期热帖;

缓存文章详情信息;

记录用户会话信息。


2. Redis 有哪些功能?

数据缓存功能

分布式锁的功能

支持数据持久化

支持事务

支持消息队列


3. Redis 和 memcache 有什么区别?

存储方式不同:memcache 把数据全部存在内存之中,断电后会挂掉,数据不能超过内存大小;Redis 有部份存在硬盘上,这样能保证数据的持久性。

数据支持类型:memcache 对数据类型支持相对简单;Redis 有复杂的数据类型。

使用底层模型不同:它们之间底层实现方式,以及与客户端之间通信的应用协议不一样,Redis 自己构建了 vm 机制,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求。

value 值大小不同:Redis 最大可以达到 1gb;memcache 只有 1mb。


4. Redis 为什么是单线程的?

因为 cpu 不是 Redis 的瓶颈,Redis 的瓶颈最有可能是机器内存或者网络带宽。既然单线程容易实现,而且 cpu 又不会成为瓶颈,那就顺理成章地采用单线程的方案了。

关于 Redis 的性能,官方网站也有,普通笔记本轻松处理每秒几十万的请求。

而且单线程并不代表就慢 nginx 和 nodejs 也都是高性能单线程的代表。


5. 什么是缓存穿透?怎么解决?

缓存穿透:指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时需要从数据库查询,查不到数据则不写入缓存,这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询,造成缓存穿透。

解决方案:最简单粗暴的方法如果一个查询返回的数据为空(不管是数据不存在,还是系统故障),我们就把这个空结果进行缓存,但它的过期时间会很短,最长不超过五分钟。


6. Redis 支持的数据类型有哪些?

Redis 支持的数据类型:string(字符串)、list(列表)、hash(字典)、set(集合)、zset(有序集合)。


7. Redis 支持的 Java 客户端都有哪些?

支持的 Java 客户端有 Redisson、jedis、lettuce 等。


8. jedis 和 Redisson 有哪些区别?

jedis:提供了比较全面的 Redis 命令的支持。

Redisson:实现了分布式和可扩展的 Java 数据结构,与 jedis 相比 Redisson 的功能相对简单,不支持排序、事务、管道、分区等 Redis 特性。


9. 怎么保证缓存和数据库数据的一致性?

合理设置缓存的过期时间。

新增、更改、删除数据库操作时同步更新 Redis,可以使用事物机制来保证数据的一致性。


10. Redis 持久化有几种方式?

Redis 的持久化有两种方式,或者说有两种策略:

RDB(Redis Database):指定的时间间隔能对你的数据进行快照存储。

AOF(Append Only File):每一个收到的写命令都通过write函数追加到文件中。


11. Redis 怎么实现分布式锁?

Redis 分布式锁其实就是在系统里面占一个“坑”,其他程序也要占“坑”的时候,占用成功了就可以继续执行,失败了就只能放弃或稍后重试。

占坑一般使用 setnx(set if not exists)指令,只允许被一个程序占有,使用完调用 del 释放锁。


12. Redis 分布式锁有什么缺陷?

Redis 分布式锁不能解决超时的问题,分布式锁有一个超时时间,程序的执行如果超出了锁的超时时间就会出现问题。


13. Redis 如何做内存优化?

尽量使用 Redis 的散列表,把相关的信息放到散列表里面存储,而不是把每个字段单独存储,这样可以有效的减少内存使用。比如将 Web 系统的用户对象,应该放到散列表里面再整体存储到 Redis,而不是把用户的姓名、年龄、密码、邮箱等字段分别设置 key 进行存储。


14. Redis 淘汰策略有哪些?

volatile-lru:从已设置过期时间的数据集(server. db[i]. expires)中挑选最近最少使用的数据淘汰。

volatile-ttl:从已设置过期时间的数据集(server. db[i]. expires)中挑选将要过期的数据淘汰。

volatile-random:从已设置过期时间的数据集(server. db[i]. expires)中任意选择数据淘汰。

allkeys-lru:从数据集(server. db[i]. dict)中挑选最近最少使用的数据淘汰。

allkeys-random:从数据集(server. db[i]. dict)中任意选择数据淘汰。

no-enviction(驱逐):禁止驱逐数据。


15. Redis 常见的性能问题有哪些?该如何解决?

主服务器写内存快照,会阻塞主线程的工作,当快照比较大时对性能影响是非常大的,会间断性暂停服务,所以主服务器最好不要写内存快照。

Redis 主从复制的性能问题,为了主从复制的速度和连接的稳定性,主从库最好在同一个局域网内。


二、JVM

1.  说一下 JVM 的主要组成部分?及其作用?

类加载器(ClassLoader)

运行时数据区(Runtime Data Area)

执行引擎(Execution Engine)

本地库接口(Native Interface)

组件的作用: 首先通过类加载器(ClassLoader)会把 Java 代码转换成字节码,运行时数据区(Runtime Data Area)再把字节码加载到内存中,而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范,并不能直接交个底层操作系统去执行,因此需要特定的命令解析器执行引擎(Execution Engine),将字节码翻译成底层系统指令,再交由 CPU 去执行,而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口(Native Interface)来实现整个程序的功能。


2. 说一下 JVM 运行时数据区?

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同,但都会遵从 Java 虚拟机规范, Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分:

程序计数器(Program Counter Register):当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值,来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能,都需要依赖这个计数器来完成;

Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks):用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息;

本地方法栈(Native Method Stack):与虚拟机栈的作用是一样的,只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的,而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的;

Java 堆(Java Heap):Java 虚拟机中内存最大的一块,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都在这里分配内存;

方法区(Methed Area):用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。


3. 说一下堆栈的区别?

功能方面:堆是用来存放对象的,栈是用来执行程序的。

共享性:堆是线程共享的,栈是线程私有的。

空间大小:堆大小远远大于栈。


4. 队列和栈是什么?有什么区别?

队列和栈都是被用来预存储数据的。

队列允许先进先出检索元素,但也有例外的情况,Deque 接口允许从两端检索元素。

栈和队列很相似,但它运行对元素进行后进先出进行检索。


5. 什么是双亲委派模型?

在介绍双亲委派模型之前先说下类加载器。对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在 JVM 中的唯一性,每一个类加载器,都有一个独立的类名称空间。类加载器就是根据指定全限定名称将 class 文件加载到 JVM 内存,然后再转化为 class 对象。

类加载器分类:

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),是虚拟机自身的一部分,用来加载Java_HOME/lib/目录中的,或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库;

其他类加载器:

扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库;

应用程序类加载器(Application ClassLoader)。负责加载用户类路径(classpath)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

双亲委派模型:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一层的类加载器都是如此,这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载无法完成加载请求(它的搜索范围中没找到所需的类)时,子加载器才会尝试去加载类。


6. 说一下类装载的执行过程?

类装载分为以下 5 个步骤:

加载:根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入;

检查:检查加载的 class 文件的正确性;

准备:给类中的静态变量分配内存空间;

解析:虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示,而在直接引用直接指向内存中的地址;

初始化:对静态变量和静态代码块执行初始化工作。


7. 怎么判断对象是否可以被回收?

一般有两种方法来判断:

引用计数器:为每个对象创建一个引用计数,有对象引用时计数器 +1,引用被释放时计数 -1,当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题;

可达性分析:从 GC Roots 开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时,则证明此对象是可以被回收的。


8. Java 中都有哪些引用类型?

强引用:发生 gc 的时候不会被回收。

软引用:有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收。

弱引用:有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收。

虚引用(幽灵引用/幻影引用):无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。


9. 说一下 JVM 有哪些垃圾回收算法?

标记-清除算法:标记无用对象,然后进行清除回收。缺点:效率不高,无法清除垃圾碎片。

标记-整理算法:标记无用对象,让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清除掉端边界以外的内存。

复制算法:按照容量划分二个大小相等的内存区域,当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上,然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点:内存使用率不高,只有原来的一半。

分代算法:根据对象存活周期的不同将内存划分为几块,一般是新生代和老年代,新生代基本采用复制算法,老年代采用标记整理算法。


10. 说一下 JVM 有哪些垃圾回收器?

Serial:最早的单线程串行垃圾回收器。

Serial Old:Serial 垃圾回收器的老年版本,同样也是单线程的,可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。

ParNew:是 Serial 的多线程版本。

Parallel 和 ParNew 收集器类似是多线程的,但 Parallel 是吞吐量优先的收集器,可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。

Parallel Old 是 Parallel 老生代版本,Parallel 使用的是复制的内存回收算法,Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。

CMS:一种以获得最短停顿时间为目标的收集器,非常适用 B/S 系统。

G1:一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现,是 JDK 9 以后的默认 GC 选项。


11. 详细介绍一下 CMS 垃圾回收器?

CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称,是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上,这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。

CMS 使用的是标记-清除的算法实现的,所以在 gc 的时候回产生大量的内存碎片,当剩余内存不能满足程序运行要求时,系统将会出现 Concurrent Mode Failure,临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除,此时的性能将会被降低。


12. 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些?有什么区别?

新生代回收器:Serial、ParNew、Parallel Scavenge

老年代回收器:Serial Old、Parallel Old、CMS

整堆回收器:G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法,复制算法的优点是效率高,缺点是内存利用率低;老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。


13. 简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

分代回收器有两个分区:老生代和新生代,新生代默认的空间占比总空间的 1/3,老生代的默认占比是 2/3。

新生代使用的是复制算法,新生代里有 3 个分区:Eden、To Survivor、From Survivor,它们的默认占比是 8:1:1,它的执行流程如下:

把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区;

清空 Eden 和 From Survivor 分区;

From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变 From Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回,一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。


14. 说一下 JVM 调优的工具?

JDK 自带了很多监控工具,都位于 JDK 的 bin 目录下,其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

jconsole:用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控;

jvisualvm:JDK 自带的全能分析工具,可以分析:内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。



15. 常用的 JVM 调优的参数都有哪些?

-Xms2g:初始化推大小为 2g;

-Xmx2g:堆最大内存为 2g;

-XX:NewRatio=4:设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4;

-XX:SurvivorRatio=8:设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2;

–XX:+UseParNewGC:指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合;

-XX:+UseParallelOldGC:指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合;

-XX:+UseConcMarkSweepGC:指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合;

-XX:+PrintGC:开启打印 gc 信息;

-XX:+PrintGCDetails:打印 gc 详细信息。


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