6、JDK1.6~1.8内存模型演变
图源：bugstack虫洞栈：面经#25
上图就是JDK 1.6、1.7、1.8 的内存模型演变过程，其实这个内存模型就是 JVM 运行时数据区依照 JVM 虚拟机规范的具体实现过程。
在图中各个版本的迭代都是为了更好的适应 CPU 性能提升，最大限度提升的 JVM 运行效率。这些版本的 JVM 内存模型主要有以下差异：
- JDK 1.6：有永久代，静态变量存放在永久代上。
- JDK 1.7：有永久代，但已经把字符串常量池、静态变量，存放在堆上。逐渐的减少永久代的使用。
- JDK 1.8：无永久代，运行时常量池、类常量池，都保存在元数据区，也就是常说的元空间 。但字符串常量池仍然存放在堆上。
- 无方法区了：
- Method Area 方法区
- 方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间;
- 静态变量、常量、类信息(构造方法、接口定义)、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关
- static ，final ，Class ，常量池~
这也是为啥不同版本编译出来的class文件不能在不同版本的JVM上运行。
7、程序计数器
程序计数器： Program Counter Register：
定义如下：
- 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码(用来存储指向像一条指令的地址，也即将要执行的指令代码)
- 在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计
- 这一块区域没有任何 OutOfMemoryError 定义
举例说明：
定义一段 Java 方法的代码，这段代码是计算圆形的周长。
public static float circumference(float r){
float pi = 3.14f;
float area = 2 * pi * r;
return area;
}通过反汇编可以得到其具体过程：
- 这些行号每一个都会对应一条需要执行的字节码指令，是压栈还是弹出或是执行计算。
- 之所以说是线程私有的，因为如果不是私有的，那么整个计算过程最终的结果也将错误。
8、栈（Stack）
在计算机流传有一句废话： 程序 = 算法 + 数据结构 但是对于大部分同学都是： 程序 = 框架 + 业务逻辑
栈：后进先出 / 先进后出
队列：先进先出（FIFO : First Input First Output）
在JVM中存在两个栈，java虚拟机栈和本地方法栈：
- 本地方法栈与 Java 虚拟机栈作用类似，唯一不同的就是本地方法栈执行的是Native 方法，而虚拟机栈是为 JVM 执行 Java 方法服务的。
- 另外，与 Java 虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出 StackOverflowError 和OutOfMemoryError 异常。
- JDK1.8 HotSpot 虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
下文中的栈都指：Java虚拟机栈
栈管理程序运行
存储一些基本类型的值、对象的引用、方法等。
执行过程：
- 每一个方法在执行的同时，都会创建出一个栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口、线程等信息。
- 方法从调用到执行完成，都对应着栈帧从虚拟机中入栈和出栈的过程。
- 最终，栈帧会随着方法的创建到结束而销毁。
栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。
说明：
- 栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放。
- 对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一旦结束，该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。
- 方法自己调自己就会导致栈溢出（递归死循环测试）报：StackOverflowError
栈里面会放什么东西那？
8大基本类型 + 对象的引用 + 实例的方法
栈运行原理
Java栈的组成元素—栈帧
栈帧是一种用于帮助虚拟机执行方法调用与方法执行的数据结构。他是独立于线程的，一个线程有自己的一个栈帧。封装了方法的局部变量表、动态链接信息、方法的返回地址以及操作数栈等信息。
- 第一个方法从调用开始到执行完成，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程：
- 当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法，
- 于是产生了栈帧F2也被压入栈中，B方法又调用了C方法，
- 于是产生栈帧F3也被压入栈中 执行完毕后，先弹出F3， 然后弹出F2，在弹出F1…
遵循 “先进后出” / “后进先出” 的原则。
对象实例化的过程。
9、堆(heap)
Java7之前
Heap 堆，一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的，类加载器读取了类文件后，需要把类，方法，常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行，堆内存分为
三部分：
- 新生区 Young Generation Space Young/New
- 养老区 Tenure generation space Old/Tenure
- 永久区 Permanent Space Perm
堆内存逻辑上分为三部分：新生，养老，永久（元空间 : JDK8 以后名称）
谁空谁是to
GC垃圾回收主要是在新生区和养老区，又分为轻GC 和 重GC，如果内存不够，或者存在死循环，就会导致java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
新生区
新生区是类诞生，成长，消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。
新生区又分为两部分：伊甸区（Eden Space）和幸存者区（Survivor Space），所有的类都是在伊甸区
- 被new出来的，幸存区有两个：0区 和 1区，当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC）。
- 将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区，若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。
- 那如果1区也满了呢？（这里幸存0区和1区是一个互相交替的过程）再移动到养老区；
- 若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（Full GC），进行养老区的内存清理，
- 若养老区执行了Full GC后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常 OutOfMemoryError。
如果出现 java.lang.OutOfMemoryError：java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够，原因如下：
- Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数 -Xms（初始值大小），-Xmx（最大大小）来调整。
- 代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）或者死循环
永久区（Perm）
永久存储区是一个常驻内存区域：
- 用于存放JDK自身所携带的Class，Interface的元数据，
- 也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占用的内存。
如果出现 java.lang.OutOfMemoryError：PermGen space，说明是 Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。 一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包，例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。
注意：
Jdk1.6之前： 有永久代，常量池1.6在方法区
Jdk1.7： 有永久代，但是已经逐步 “去永久代”，常量池1.7在堆
Jdk1.8及之后：无永久代，常量池1.8在元空间
在JDK8以后，永久存储区改了个名字(元空间)
- JDK 1.8 JVM 的内存结构主要由三大块组成：堆内存、元空间和栈，Java 堆是内存空间占据最大的一块区域。
- Java 堆，由年轻代和年老代组成，分别占据 1/3 和 2/3。
- 而年轻代又分为三部分，Eden、From Survivor、To Survivor，占据比例为 8:1:1，可调。
- 另外这里我们特意画出了元空间，也就是直接内存区域。在 JDK 1.8 之后就不在堆上分配方法区了。
- 元空间从虚拟机 Java 堆中转移到本地内存，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存的限制，说白了也就是以后不会因为永久代空间不够而抛出 OOM 异常出现了。
- jdk1.8 以前版本的 class 和 JAR 包数据存储在 PermGen 下面 ，PermGen 大小是固定的，而且项目之间无法共用，公有的 class，所以比较容易出现 OOM 异常。
熟悉三区结构后方可学习JVM垃圾回收机制
实际而言，方法区（Method Area）和堆一样，是各个线程共享的内存区域： 它用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码， 虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却还有一个别名，叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。
对于HotSpot虚拟机，很多开发者习惯将方法区称之为 “永久代（Parmanent Gen）”，但严格本质上说两者不同，或者说使用永久代实现方法区而已，永久代是方法区（相当于是一个接口interface）的一个实现，Jdk1.7的版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。
常量池（Constant Pool）是方法区的一部分，Class文件除了有类的版本，字段，方法，接口描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放！
堆内存调优
-Xms：设置初始分配大小，默认为物理内存的 “1/64”
-Xmx：最大分配内存，默认为物理内存的 “1/4”
-XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
测试1
代码测试
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//返回Java虚拟机试图使用的最大内存量
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
//返回Java虚拟机中的内存总量
long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
System.out.println("MAX_MEMORY="+maxMemory+"(字节)、"
+(maxMemory/(double)1024/1024)+"MB");
System.out.println("TOTAL_MEMORY="+totalMemory+"(字节)、"
+(totalMemory/(double)1024/1024)+"MB");
}
}IDEA中进行VM调优参数设置，然后启动
发现，默认的情况下分配的内存是总内存的 1/4，而初始化的内存为 1/64 ！
-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetailsVM参数调优：把初始内存，和总内存都调为 1024M，运行，查看结果！
我们来大概计算分析一下！
再次证明：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。
测试2
代码：
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) { String str = "kuangShenSayJava"; while (true){
str += str + new Random().nextInt(88888888)
+new Random().nextInt(999999999);
}
}
}vm参数：
-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails测试，查看结果！
这是一个young 区域撑爆的JAVA 内存日志，其中 PSYoungGen 表示 youngGen分区的变化1536k 表示 GC 之前的大小。
488k 表示GC 之后的大小。
整个Young区域的大小从 1536K 到 624K , young代的总大小为 7680K。
user – 总计本次 GC 总线程所占用的总 CPU 时间
sys – OS 调用 or 等待系统时间
real – 应用暂停时间
如果GC 线程是 Serial Garbage Collector 串行搜集器的方式的话（只有一条GC线程,）， real time 等于user 和 system 时间之和。
通过日志发现Young的区域到最后 GC 之前后都是0，old 区域 无法释放，最后报堆溢出错误。
其他文章链接
一文读懂 - 元空间和永久代
Java方法区、永久代、元空间、常量池详解
10、Dump内存快照
在运行java程序的时候，有时候想测试运行时占用内存情况，这时候就需要使用测试工具查看了。在
eclipse里面有 Eclipse Memory Analyzer tool(MAT) 插件可以测试，而在idea中也有这么一个插件，
就是JProfifiler，一款性能瓶颈分析工具！
作用：
- 分析Dump文件，快速定位内存泄漏；
- 获得堆中对象的统计数据
- 获得对象相互引用的关系
- 采用树形展现对象间相互引用的情况
安装JProfiler
1、IDEA插件安装
2、安装JProfiler监控软件
下载地址：https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/version_92
3、下载完双击运行，选择自定义目录安装，点击Next
注意：安装路径，建议选择一个文件名中没有中文，没有空格的路径 ，否则识别不了。然后一直点Next
4、注册
自行搜索解决即可（或者到狂神视频截图下载也行哈哈）
5、配置IDEA运行环境
Settings–Tools–JProflier–JProflier executable选择JProfile安装可执行文件。（如果系统只装了一个版本， 启动IDEA时会默认选择）保存
代码测试
package code1.com.kuang;import java.util.ArrayList;
public class Demo03 {
byte[] byteArray = new byte[1*1024*1024]; //1M = 1024K
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Demo03> list = new ArrayList<>();
int count = 0;
try {
while (true) {
list.add(new Demo03()); //问题所在
count = count + 1;
}
} catch (Error e) {
System.out.println("count:" + count);
e.printStackTrace();
}
}
}vm参数 ： -Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
寻找文件：
使用 Jprofiler 工具分析查看
双击这个文件默认使用 Jprofiler 进行 Open大的对象！
从软件开发的角度上，dump文件就是当程序产生异常时，用来记录当时的程序状态信息（例如堆栈的状态）,用于程序开发定位问题。
