深入理解JVM內存模型和掌握處理JVM內存問題已經是java程序員必不可少基礎技能之一。
JVM內存模型
java內存區域主要分爲線程私有區域（程序技術器、java虛擬機棧、本地方法棧），線程共享區域（方法區、實例堆（java堆））和直接內存。
線程私有區域生命週期與線程相同，依賴用戶線程的創建/銷燬。
線程共享區域隨jvm的啓動/關閉而創建。
直接內存不屬於JVM運行時數據區的一部分，但是也會頻繁使用。NIO提供了基於Channel和Buffer的IO方式，可以使用Native函數庫直接操作堆外內存，然後使用DirectByteBuffer對象作爲這塊內存的引用進行操作。
程序計數器（線程私有）
較小一塊內存區域，當前線程所執行字節碼的行號指示器，每個線程都有一個獨立的計數器。正在執行java方法，計數器記錄的是jvm當前執行指令的地址，如果是執行Native，則計數器爲空。該區域是jvm唯一沒有任何OutOfMemeryError情況的區域。
虛擬機棧（線程私有）
描述java方法執行的內存模型，生命週期與線程相同。每個方式在執行同時會創建一個棧幀，用來存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等。每個方法從調用開始到執行完成都對應一個棧幀的入棧和出棧。
棧幀是用來存儲數據和部分結果的數據結構，同時也用來處理動態鏈接、方法返回值和異常分派等。棧幀隨着方法調用而創建，方法結束而銷燬。
本地方法棧（線程私有）
和虛擬機棧類似，區別是虛擬機棧是爲java方法服務，而本地方法棧是爲Native方法服務。
堆（線程共享）
虛擬機所管理的內存中最大的一塊，唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有對象實例都是在堆分配內存。也是垃圾回收的主要區域。現代JVM採用分帶收集法，因此java堆從Gc的角度可以分爲（新生代（Egen區、From Survivior 和To Survivor）和老年代）。
方法區（線程共享）
是我們常說的永久代，用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯的代碼等數據。
運行時常量池
運行時常量池也屬於方法區一部分，Class文件除了類版本、字段、方法、接口等信息外，還有一項就是運行時常量池，用於存放編譯期生成的字面量和符號引用。
內存中對象分配、佈局和訪問
對象創建
1 類加載檢查
檢查是否在常量池中定位到類的符號引用，檢查類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有加載需要先執行類加載過程。
2 對象內存分配
類加載檢查通過後，虛擬機將爲對象分配內存，類加載完後便可以確認對象所需要內存大小。
3 內存空間初始化爲零值
4 對象初始化
對象內存佈局
對象頭
對象頭包含兩部分信息，一是用於存儲對象自身運行時數據（哈希碼、GC分代年齡、鎖標誌、線程持有鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等）；另一部分是對象類型指針，即對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確認對象是那個類的實例。
實例數據
存儲對象有效信息，即代碼中所定義的各種類型字段內容
對齊填充
對齊填充不是必要的，沒特別含義，僅起到佔位的作用。
對象訪問
java程序通過虛擬機棧上的reference（對象引用）數據來操作堆上的對象實例，對象訪問方法取決於虛擬機的實現，目前主流對象訪問方法有兩種：通過句柄訪問對象和通過直接指針訪問對象。
句柄訪問對象：
直接指針訪問對象：
句柄方式訪問的好處就是referencec存儲的是穩定的句柄地址，對象被移動只會改變句柄中的實例數據指針，reference本身不改變。直接指針方式獲取的好處就是速度更快，節省了一次指針定位的開銷。
JVM內存異常分析
常見內存分析工具
-
jvisualvm.exe
JDK自帶監控工具，可以對運行中的java應用程序進行全方面的監控分析，配合相應插件可以組成功能強大實用的性能分析工具
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jconsole.exe
JDK自帶監控工具，功能和visualvm類似，支持插件較少
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jca
是類工具，啓動命令java -jar jca433.jar，專業的線程分析工具，兼容sun/oracle JDK 線程堆dump
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MAT
Memory Analyzer Tool ，基於eclipse的內存溢出分析工具，專業的內存泄漏分析工具。使用方法
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jprofile
商業的java分析工具，功能強大，在內存泄漏分析和線程死鎖分析方面非常專業
JVM內存參數配置
可以通過參數-Xmx（堆最大容量，默認物理內存1/4）、-Xms（堆初始容量 ，默認物理內存1/64）來指定堆的大小，如：-Xms128m -Xmx1003m。默認空餘堆內存小於40%，JVM會增大堆直到-Xmx最大限制，空餘堆內存大於70%，虛擬機會縮小堆直到-Xms初始值限制，可以通過設置-Xmx和-Xms值相等避免堆自動調整大小。
-Xmn 通常爲-Xmx 的1/3或1/4
-XX:NewRatio =2 新生代和老年代比例 ，-XX:NewRatio =2表示新生代佔堆空間1/3，老年代佔堆空間（2/3）
-XX:NewSize 設置新生代最小空間大小
-XX:MaxNewSize 設置新生代最大空間大小
-XX:SurvivorRatio=8 新生代Eden區比例，默認爲8
-XX:PrintGCDetails 打印Gc信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 設置虛擬機出現內存溢出時Dump出當前內存堆轉儲快照
-XX:PermSize 設置永久代最小空間
-XX:MaxPermSize 設置永久代最大空間
-Xss參數設置棧內存容量(每個線程的棧大小)
-XX:+UseParallelGC 選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下,年輕代使用併發收集,而年老代仍舊使用串行收集。
-XX:ParallelGCThreads=20:配置並行收集器的線程數,即:同時多少個線程一起進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。
-XX:MaxDirectMemorySize 設置直接內存大小，默認物理內存1/4
JVM內存限制（最大）
操作系統分配給每個進程的內存是有限的，譬如32位windows限制爲2GB，即2GB - Xmx - MaxPermSize剩下的空間被虛擬機棧和本地方法棧瓜分（程序計數器器可以忽略）。
堆內存分配
根據Gc的角度可以分爲（新生代（Eden區、From Survivior 和To Survivor）和老年代），其中java堆空間=新生代（1/3） + 老年代（2/3），新生代空間=Eden區（8/10） + From Survivor（1/10）+ To Survivor（1/10）。
Java堆溢出
當堆內存不足時，會拋出OutOfMemoryError，異常堆棧信息“java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space”
基本解決思路：1 通過內存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer Tool）對堆轉儲快照Dump進行分析，2 定位內存OOM異常是內存泄漏還是內存溢出。3 如果是內存泄漏，可以進一步通過工具查看泄漏對象GC Roots的引用鏈，找到泄漏對象通過怎樣的路徑與GC Roots相關聯導致垃圾收集器無法自動回收，根據對象類型和引用鏈定位內存泄漏的代碼。4 如果不是內存泄漏，內存對象必須存在，那就需要考慮增加虛擬機堆參數（-Xmx和-Xms），從物理內存對比看是否可以調大，從程序代碼上檢查是否存在某些對象生命週期過長，嘗試調整程序設計減少程序運行期的內存消耗。
oom溢出堆棧信息
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7912K->7905K(9216K)] [ParOldGen: 7967K->7967K(10240K)] 15880K->15872K(19456K), [Metaspace: 2731K->2731K(1056768K)], 0.1014711 secs] [Times: user=0.75 sys=0.01, real=0.10 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid11364.hprof ...
Heap dump file created [27994219 bytes in 0.119 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
at java.util.ArrayList.grow(Unknown Source)
虛擬機棧和本地方法棧溢出
java棧溢出在虛擬機規範中定義了兩類：StackOverflowError 線程請求的棧深度大於虛擬機允許的最大深度和OutOfMemoryError 擴展棧時無法申請打足夠內存。
StackOverflowError 線程請求的棧深度大於虛擬機允許的最大深度，該問題常見於遞歸場景中，當遞歸深度過深或局部變量過多時，可能出現該問題。通常使用默認的虛擬機棧參數配置，棧的深度足夠滿足正常的方法調用（包括遞歸）。
OutOfMemoryError 通常是創建過多線程導致的內存溢出，主要優化手段包括：優化程序設計避免過多創建線程，在不能減少線程數或更換64位操作系統情況下，只能通過-Xss參數降低每個線程棧內存容量來換取更多的線程。
方法區和運行時常量池溢出
方法區用於存放Class的相關信息，如類名、訪問修飾、常量池、字段描述等，該區域溢出主要出現在動態生成Class的場景，比如：大量JSP或動態JSP文件的應用、基於OSGi的應用、大量使用反射和動態代理、CGLib等Bytecode框架等。
方法區溢出堆棧信息：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
at java.util.ArrayList.grow(Unknown Source)
本機直接內存溢出
本機直接內存不屬於java運行時數據庫，該區域內存分配經常被忽略。該區域溢出主要出現在使用NIO的場景。直接內存溢出不會在Heap Dump文件中看見明顯異常，如果出現溢出且dump文件很小，可以考慮從直接內存溢出放心分析。