JVM调优：JVM的内存模型
Java虚拟机的模型
JVM(java virtual Machine) 是jre的一部分，是java语言具有跨平台性的实现途径，JVM有自己完善的硬件架构如处理器、堆栈、寄存器等，还有相应的指令系统。JVM主要功能是对程序加载的内存分配、内存回收等工作。
JVM被分为三个子系统：类加载子系统、运行时数据区(栈、堆、方法区)、执行引擎(垃圾回收机制)。
JVM主要掌握：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区这5个部分组成。
程序计数器
是一个较小的内存空间，可以把它看着当前线程正在执行的字节码的行号指示器。也就是说，程序计数器里面记录的是正在执行的哪一条的指令地址。
但是：当执行的是本地方法是，程序计数器的值为空。
程序计数器作用
- 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码流程的控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
- 在多线程的模式下，程序计数器用于记录当前线程的执行位置，从而当线程切换回来的时候能从上一次的执行位置开始执行。
程序计数器的特点
- 具有一块较小的内存空间。
- 线程私有，每条线程都有一个程序计数器。
- 是唯一不会出现在OutOfMemoryError的内存区域
- 生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而结束。
- 线程私有。
java虚拟机栈(JVM stack)
虚拟机栈和线程时紧密联系的，每创建一个线程时就会创建一个java栈，故java栈和程序计数器一样是线程私有的，每个java栈中又包含多个栈帧，每调用一个方法时就会往栈中创建并压入一个栈帧，每一个方法的调用和最终的返回结果就对应着栈帧的进栈和出栈。栈帧是用于存储该调用方法运行中所需要的一些信息。这些信息包括：局部变量表(基本的数据类型、引用类型、变量、return address的变量)、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。当这个方法执行完毕后，这个方法所对应的栈帧出栈，并释放内存空间。
关于java的内存空间分为堆栈的问题：这个说法是不正确的，java 的堆可以这么理解，但是这里的栈只能代表java虚拟机中的局部变量表的部分。真正的java虚拟机栈是由栈帧组成，而每个栈帧由：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。
JVM栈的特点
- 局部变量被创建是在方法被执行的时候，随着栈帧的创建而创建。而且局部变量表的大小就被确定下来了，在创建时只需要分配事先规定的大小即可。此外，在方法表的大小不会被改变的。
- Java虚拟机有两种异常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError。 ①：StackOverFlowError：若java虚拟机栈的内存大小不允许动态的扩展.那么当线程请求栈的深度超过当前java虚拟机栈的最大深度时，就会抛出这个异常。②：OutOfMemoryError：若java虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，但是在线程请求栈时，内存用完了，无法再动态扩展就会扔出这个异常。
- JVM栈也是线程私有的，每一个线程都有各自的JVM栈，而随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡。
本地方法栈
本地方法栈和JVM栈一样，实现的功能类似，只不过本方法区是本地方法运行的内存模型。本地方法被运行时。在本地方法栈会创建一个栈帧。用于存放该本地方法的局部变量，操作数据栈、动态链接、出口等；执行完毕后相应的栈帧也会出栈，释放占用内存。也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemory异常。
堆
堆(heap)是存储java实例或者对象的地方，是GC的主要区域，同样是线程共享的内存区域。
堆的特点
- 线程共享，整个JVM只有一个堆，所有的线程都能访问同一个堆。而程序计数器，JVM栈，本地方法栈都是一个线程对应一个。
- 在虚拟机的启动时创建
- 垃圾回收的主要场所
- 可以进一步分为：新生代，老年代。新生代可被分为：Eden、FromSurvior、ToSurvior。不同的区域存放具有不同的生命周期的对象。这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法，从而更具有针对性，效率更高。
- 堆的大小既可以固定也可以扩展，但是主流的虚拟机堆大小是可以扩展的，因此线程请求分配内存，但堆已满，并且内存已满无法扩展时，就会抛出OutOfMemoryError异常。
实例
i1和i2都new的一个Integer对象，两个对象的内存地址都放在堆中，并且占用的两个地址；a和b的值都等于1，但是在类加载进方法区中时，这些常量都会放在常量池中，所有a和b都是指向的1这个常量的地址，所以a==b是true，i1==i2是false。
方法区
JVM中定义方法区是堆的逻辑部分；方法区是用于存储类结构信息的地方，包含有：常量池、静态变量(static)、构造函数等类型信息，这些类信息都是由在类加载器从类文件中提取出来的；方法区同样存在垃圾回收，因为用户自定义加载器加载的一些类同样会成为垃圾，JVM会回收一个未被引用类型所占的空间；方法区是线程共享的。
方法区的特点
- 线程共享：方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样，都是线程共享的，整个JVM只有一个方法区
- 永生代：方法区中的信息，一般需要长期的存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分方法，将方法区称为老年代。
- 内存回收效率低：方法区中的信息，一般长期存在，回收一遍内存后可能只有少量信息无效，对方法区的内存回收的主要目标：对常量的回收和对类型的卸载。
- JVM规范对方法区要求比较宽松：和堆一样，允许固定大小，也允许可扩展大小，还允许不实现垃圾回收。
堆内存内部结构
堆被划分为新生代和老生代，新生代的对象特点是朝生夕死(短命鬼),老生代相对来说就是存活时间周期比较长的。新生代又被划分为Eden区，和Survior区。Eden：Survior1：Survior2=8:1:1的比例,新创建的对象都会一开始就放在新生代中的Eden中，如果新生代容量满后，新生代就会发生minor gc，minor gc会清除eden、s0、s1中的垃圾。
minor gc垃圾清除的流程：当新生代容量满了，那么就会发现minor gc，那么eden中的存活的对象全部要转移到s0或者s1中(因为s0或者s1始终会有一个区是始终保持是空)，这里假如s0是空的，eden存活的对象全部转移到s0中后，再把s1中存活的对象也转移到s0，那么s1保证是空的；每次幸存的对象每minor gc一次，年龄就会增加一岁，等待到达某个值时(这个值是自己设定的，也有默认值)，会将对象转移到老年代。
eden和Survior，eden占的比例是80%，因为年轻代中的对象80%都是会死的；老年代的内存空间会更大。如果老年代都满了会发生major GC或者Full GC，
major GC只是回收老年代的垃圾，一切程序都会正常运行；Full GC是回收新生代、老年代中的垃圾，但是它会暂停所有线程等待清理垃圾(线程挂起)。
JVM垃圾回收机制判断对象是否是垃圾的方法：①：引用计数器，一个对象被引用就+1，没有被引用就是垃圾，但是无法解决循环引用的情况。
②：根集GC Roots，就是可达性分析，一个对象能不能在根集中直接的或者间接的到达，则说明该对象没有对废弃。
老年代用于存放经过多次新生代GC仍然存活的对象，例如缓存对象，新建的对象也 有可能直接进入老年代，主要有两种情况：
1、大对象，可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字 节，默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。
2、大的数组对象，且数组中无引用外部对象。老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减 去-Xmn对应的值。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError异常。
JVM内存常用配置参数的配置
JVM中的新生代、老年代、Eden区等参数都可以自己配置，因为在很多情况下，我们自己的程序的服务的压力不一样，可以针对性配置高性能的应用，解决一些程序承受力的问题。
-Xms
JVM启动时申请的heap的初始空间值，默认：操作系统物理内存的*1/64但是小于1G。默认堆内存大于70%时，JVM会减少heap的大小到-Xms指 定的大小。
Server端JVM最好将-Xms和-Xmx设为相同 值，避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存，也可以减少垃圾回收次数；开发测试机 JVM可以保留默认值。(例如：-Xms4g)
-Xmx
JVM启动时申请的heap的最大值，默认值为物理内存的1/4但小于1G，默认当空余堆内存小于 40%时，JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小，可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个。(例如：-Xmx4g)
jvm这么一个配置的意思：-Xms5M -Xmx20M -XX:+PrintGCDetails - XX:+UseSerialGC：heap初始内存5M，最大内存20M。
-Xmn
Java Heap Young区大小。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小(相 对于HotSpot 类型的虚拟机来说)。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会 减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。(例如：- Xmn2g)
-Xss
Java每个线程的Stack大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大 小为256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生 成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验 值在3000~5000左右。(推荐：小系统：-Xss126K，大系统：-Xss256K)。
-XX:PermSize
持久代（方法区）的初始内存大小。（例如：-XX:PermSize=64m）
-XX:MaxPermSize
持久代（方法区）的最大内存大小。（例如：-XX:MaxPermSize=512m）
-XX:+MaxTenuringThreshold=10
垃圾的最大年龄，代表对象在Survivor区经过10次复制以后才进入老年代。如果设置为 0，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入老年代。
配置例子：这个配置例子还是算比较适用的
tomcat中的配置内存参数可以放在 catalina.sh或者catalina.bat的第二 行： set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms1800m -Xmx1800m -Xmn600m - XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=512m -Xss256K -XX:+PrintGCDetails
内存的泄露与溢出
内存泄漏memory leak :是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内 存泄漏似乎不会有大的影响，但内存泄漏堆积后的后果就是内存溢出。
内存溢出 out of memory :指程序申请内存时，没有足够的内存供申请者使用，或者 说，给了你一块存储int类型数据的存储空间，但是你却存储long类型的数据，那么结果就 是内存不够用，此时就会报错OOM,即所谓的内存溢出。
内存泄露的分类：
1.常发性内存泄漏。发生内存泄漏的代码会被多次执行到，每次被执行的时候都会导 致一块内存泄漏。
2. 偶发性内存泄漏。发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操作过程下才会发 生。常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境，偶发性的也许就变成了常发性的。所 以测试环境和测试方法对检测内存泄漏至关重要。
3. 一次性内存泄漏。发生内存泄漏的代码只会被执行一次，或者由于算法上的缺陷， 导致总会有一块仅且一块内存发生泄漏。比如，在类的构造函数中分配内存，在构函数 中却没有释放该内存，所以内存泄漏只会发生一次。
4. 隐式内存泄漏。程序在运行过程中不停的分配内存，但是直到结束的时候才释放内 存。严格的说这里并没有发生内存泄漏，因为最终程序释放了所有申请的内存。但是对 于一个服务器程序，需要运行几天，几周甚至几个月，不及时释放内存也可能导致最终 耗尽系统的所有内存。所以，我们称这类内存泄漏为隐式内存泄漏。
内存溢出的原因：
1.内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；
2.集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得JVM不能回收；
3.代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；
4.使用的第三方软件中的BUG；
5.启动参数内存值设定的过小；
内存溢出的解决方案
第一步，修改JVM启动参数，直接增加内存。
第二步，检查错误日志，查看“OutOfMemory”错误前是否有其它异常或错误。
第三步，对代码进行走查和分析，找出可能发生内存溢出的位置。
第四步，使用内存查看工具动态查看内存使用情况
排查方式：
1.检查对数据库查询中，是否有一次获得全部数据的查询。一般来说，如果一 次取十万条记录到内存，就可能引起内存溢出。这个问题比较隐蔽，在上线前， 数据库中数据较少，不容易出问题，上线后，数据库中数据多了，一次查询就有 可能引起内存溢出。因此对于数据库查询尽量采用分页的方式查询，尤其大的 系统。
2.检查代码中是否有死循环或递归调用。
3.检查是否有大循环重复产生新对象实体。
4.检查List、Map等集合对象是否有使用完后，未清除的问题。List、Map等 集合对象会始终存有对对象的引用，使得这些对象不能被GC回收。
总结
- 方法区、堆是所有线程共享的内存区域；而程序计数器、本地方法区、虚拟机栈都是线程私有。
- 栈相关：①：每个线程都会包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用。对象是放在堆中的。②：这个栈中的数据都是这个线程私有的其他线程不能访问。③：方法的形参方法调用完后从栈中进行回收。④：引用的对象地址，引用完成之后，栈空间会被立即释放，堆中的空间会等待回收。
- 堆相关：存储在堆中的全部是对象，每个对象包含与之对应的class信息;JVM只有一个堆区被所有线程共享，堆区中不存在基本类型的对象引用，只存放对象本身。
