一、内存结构

二进制字节码 jvm指令-》解释器-》机器码-》cpu执行

1、程序计数器

定义：记住下一条执行执行的地址，一条指令执行完成后，解释器会到程序计数器找到下一条指令的地址，通过寄存器实现（cpu中最快的）
特点：线程私有，每个程序有自己的程序计数器
唯一不会存在内存溢出的地方
局部变量在栈

2、虚拟机栈

定义：每个线程运行需要的内存空间
每个栈由多个栈帧组成，栈帧就是每个方法运行时占用的内存，分配参数，局部变量，返回地址这些数据的地址
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法

问题辨析：
垃圾回收是否涉及栈内存？
不会。栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会弹出栈（自动回收）。
栈内存分配越大越好吗？
不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。非windows默认1mb，windows动态分配
如果方法内部的变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的，因为每个线程有自己的栈。
如果是局部变量引用了对象，并逃离了方法的访问（有返回值是存在安全问题的），那就要考虑线程安全问题。
一句话。私有线程安全，共享不安全

栈内存溢出

​ 栈帧过大、过多、或者第三方类库操作，都有可能造成栈内存溢出 java.lang.stackOverflowError ，使用 -Xss256k 指定栈内存大小！

线程运行诊断

​ 案例一：cpu 占用过多
​ 解决方法：Linux 环境下运行某些程序的时候，可能导致 CPU 的占用过高，这时需要定位占用 CPU 过高的线程

top 命令，查看是哪个进程占用 CPU 过高
ps H -eo pid, tid（线程id）, %cpu | grep 刚才通过 top 查到的进程号，通过 ps 命令进一步查看是哪个线程占用 CPU 过高
JDK命令：jstack（进程id）通过查看进程中的线程的 nid ，刚才通过 ps 命令看到的 tid 来对比定位，注意 jstack 查找出的线程 id 是 16 进制的，需要转换。
案例二：程序运行长时间没有结果（如死锁）

3、本地方法栈

​ 一些带有 native 关键字的方法就是需要 JAVA 去调用本地的C或者C++方法，因为 JAVA 有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法栈，服务于带 native 关键字的方法。为本地方法调用提供内存空间

4、堆

​ 通过new关键字创建对象使用堆内存
​ 线程共享，考虑线程安全问题
​ 有垃圾回收机制（gc）

堆内存溢出

​ java.lang.OutofMemoryError ：java heap space. 堆内存溢出
​ 可以使用 -Xmx8m 来指定堆内存大小。

堆内存诊断

​ jps 工具，查看当前系统中有哪些 java 进程，获取进程id
​ jmap 工具，查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id，查询某一时刻
​ jconsole 工具，图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测
​ jvisualvm 工具

5、方法区

定义

​ Java 虚拟机有一个在所有 Java 虚拟机线程之间共享的方法区域。方法区域类似于用于传统语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统进程中的“文本”段。它存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括特殊方法，用于类和实例初始化以及接口初始化，方法区域是在虚拟机启动时创建的。尽管方法区域在逻辑上是堆的一部分，但简单的实现可能不会选择垃圾收集或压缩它。此规范不强制指定方法区的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区域可以具有固定的大小，或者可以根据计算的需要进行扩展，并且如果不需要更大的方法区域，则可以收缩。方法区域的内存不需要是连续的！

组成

​ [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OdEm4HHk-1667997467095)(C:\Users\Zing\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220712153406680.png)]

方法区的内存溢出问题

​ 1.8 之前会导致永久代内存溢出，使用 -XX:MaxPermSize=8m 指定永久代内存大小

​ 1.8 之后会导致元空间内存溢出，使用 -XX:MaxMetaspaceSize=8m 指定元空间大小

运行时常量池

​ 二进制字节码包含类的基本信息、常量池、类的方法定义（包含了虚拟机的指令）

常量池就是一张表，虚拟机根据这张表找到要运行的类名、方法名、参数类型、字变量等信息

运行时常量池，常量池是*.class文件中的，当该类被加载时，他的常量池信息就会被放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

StringTable 串池(字符串对象的池)

​ 常量池中的字符仅仅是符号，只有在使用的时候才会转化为对象；

​ 利用串池的机制，来避免重复创建对象；

​ 字符串变量拼接原理是运行时使用StringBuilder；

​ 字符串常量拼接原理是编译时编译器优化；

​ 可以使用 intern 方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池

​ 1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回

​ 1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份， 放入串池，会把串池中的对象返回

​ String str = new String("a") + new String("b"); 此处创建了五个对象，串池中a b堆中a b ab，堆中是匿名创建取不出来a b

StringTable 的位置

​ jdk1.6 StringTable 位置是在永久代中(不在堆中)，1.8 StringTable 位置是在堆中。(元空间在本地内存，是1.8的方法区)

StringTable 垃圾回收

​ -Xmx10m 指定堆内存大小
​ -XX:+PrintStringTableStatistics 打印字符串常量池信息
​ -XX:+PrintGCDetails
​ -verbose:gc 打印 gc 的次数，耗费时间等信息

StringTable调优

​ 因为StringTable是由HashTable实现的，所以可以适当增加HashTable桶的个数，减少字符串放入串池中的时间。

​ -XX:StringTableSize=桶个数（最少设置为 1009 以上）
​ 考虑是否需要将字符串对象入池
​ 可以通过 intern 方法减少重复入池

6、直接内存

定义

Direct Memory

​ 常见用于NIO操作时，用于数据缓冲区

​ 分配回收成本较高，但读写性能高

​ 不受jvm内存回收管理

使用直接内存的好处

​ 因为 java 不能直接操作文件管理，需要切换到内核态，使用本地方法进行操作，然后读取磁盘文件，会在系统内存中创建一个缓冲区，将数据读到系统缓冲区， 然后在将系统缓冲区数据，复制到 java 堆内存中。缺点是数据存储了两份，在系统内存中有一份，java 堆中有一份，造成了不必要的复制。

​ 直接内存是操作系统和 Java 代码都可以访问的一块区域，无需将代码从系统内存复制到 Java 堆内存，从而提高了效率。

直接内存回收原理

​ 直接内存回收不是通过JVM的垃圾回收来释放的，是通过unsafe.freeMemory来手动释放，

第一步：实现allocateDir 底层创建了一个DirectByteBuffer对象

第二步：DirectByteBuffer类 这里调用了一个 Cleaner 的 create 方法，且后台线程还会对虚引用的对象监测，如果虚引用的实际对象（这里是 DirectByteBuffer ）被回收以后，就会调用 Cleaner 的 clean 方法，来清除直接内存中占用的内存。以看到关键的一行代码， this.thunk.run()，thunk 是 Runnable 对象。run 方法就是回调 Deallocator 中的 run 方法。

直接内存的回收机制总结

​ 使用了 Unsafe 类来完成直接内存的分配回收，回收需要主动调用freeMemory 方法，ByteBuffer 的实现内部使用了 Cleaner（虚引用）来检测 ByteBuffer 。一旦ByteBuffer 被垃圾回收，那么会由 ReferenceHandler（守护线程） 来调用 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放内存。

一般用 jvm 调优时，会加上下面的参数：

-XX:+DisableExplicitGC // 禁止显示的 GC
意思就是禁止我们手动的 GC，比如手动 System.gc() 无效，它是一种 full gc，会回收新生代、老年代，会造成程序执行的时间比较长。所以我们就通过 unsafe 对象调用 freeMemory 的方式释放内存。