1.JVM内存模型

JVM内存模型主要分为三大块：类装载器、运行时数据区（重点）、执行引擎。

--类装载器：代码被编译器编译后生成的二进制字节流(.class)文件后，类加载器把Class文件加载到内存，并进行验证、准备、解析、初始化，能够形成被JVM直接使用的Java类型。

--运行时数据区：主要分为栈、本地方法栈、程序计数器、堆、方法区五个部分

--执行引擎：类加载器将Class文件读取后，放到运行时数据区，然后执行引擎执行或调用本地接口、本地库。

 

2. 理解栈内存模型

先上一段简单的代码：

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        main.test();
    }

    public int test(){
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a+b)*3;
        return  c;
    }
}

程序启动后虚拟机会给main线程分配一个栈内存，用于存放线程运行时生成的局部变量。mian()方法的局部变量和test()方法的局部变量是私有的，即不能相互访问的。栈帧就是用来区分同一个线程中不同方法的局部变量的作用域范围。

用javap命令反汇编Main.class文件，观察java底层是如何运行代码的,以及内存的分配情况。在编译器打开terminal窗口，cd到Main.class所在的路径，在terminal中输入指令：javap -c Main.class。（javap指令的用法可以参考官方文档：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/tools/windows/javap.html）

 

Compiled from "Main.java"
public class Main {
  public Main();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int test();
    Code:
       0: iconst_1  
       1: istore_1
       2: iconst_2
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: iconst_3
       8: imul
       9: istore_3
      10: iload_3
      11: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class Main
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method test:()I
      12: istore_2
      13: return
}

2.1 test()方法栈内存分析

以上述程序test()方法前7行为例的栈内存变化图解（JVM字节码在oracle官网：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/index.html中6.5节有详细说明。不过是英文版，这里找了一篇中文参考博客：https://www.cnblogs.com/dreamroute/p/5089513.html）

 

在这个过程中，程序计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，这类内存区域为“线程私有”的内存。

2.2 main()方法栈内存分析

main()方法的指令（这里涉及堆和栈在线程运行时的关系图解）

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new #2                  // class Main
       3: dup 
       4: invokespecial #3                 // Method "<init>":()V
       7: astore_1 
       8: aload_1  
       9: invokevirtual #4           // Method test:()I
      12: istore_2  
      13: return

 

 

 

3. 栈内存优化

public class StackTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i=0;
        cycle(i);
    }

    public static void cycle(int i){
        cycle(++i);
    }
}

 

上面是一段无限递归的代码，最终将导致栈内存溢出。有了上面的栈内存图解基础，我们很容易知道为什么无限递归会导致栈内存溢出。因为不断有新的操作数入栈，超过了栈内存的最大容量，于是发生了栈内存溢出。

实际项目中，如果真的有必须要使用几千次以上的递归的话，可以通过加大-Xss 这个参数的数组进行调优。如果不设置的话，默认- Xss 1M。但是这个值并不是越大越好，因为JVM本身的内存是有限的，增大每个栈的容量，那么一个进程中可以容纳的线程数就会越少。更合理的方案是项目中尽量少用递归，将Xss参数控制在128K或更小，这样在相同的JVM内存下，可以支撑更多的线程。

 

4. 理解堆内存模型

堆内存分为年轻代和老年代。年轻代又分为Eden和Survivor区。默认情况下，老年代占整个堆内存的2/3；年轻代占1/3。Eden占年轻代的80%；from区（S0区）占10%，to区（S1区）占10%。

new出来的对象存储在Eden，当Eden满的时候，就会做一次minorGC。清理无效对象，剩下的有效对象进入from区。当from区满的时候，又会触发一次minorGC，剩余有效对象进入to区。当to区满的时候，同样触发一次minorGC，剩余有效对象进入from区，from区和to区的GC是一个循环过程，没触发一次GC年龄值增加1，年龄达到15次的对象会进入老年区。当老年区满的时候，会触发一次fullGC。 

下面一段代码最终会导致堆内存溢出。

import java.util.ArrayList;

public class HeapTest {
    byte[] a = new byte[1024*100];

    public static void main(String[] args) throws  Exception{
        ArrayList<HeapTest> heapList = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true){
            heapList.add(new HeapTest());
            System.out.println(i++);
            Thread.sleep(10);
        }
    }
}

分析原因：每次new一个对象就会开辟一块100K的内存空间，heapList列表的元素指向这块堆内存。while (true)死循环里面不断new出新的对象，对象又被heapList列表引用而无法释放进入老年代，最终老年代满了进行fullGC。但是很不幸，所有对象都被引用，没有可以释放的对象，于是堆内存溢出了。

5.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”

可以通过下面代码查看物理内存信息：

        System.out.println("Max_memory="+Runtime.getRuntime().maxMemory()/(double)1024/1024+"M");
        System.out.println("Total_memory="+Runtime.getRuntime().totalMemory()/(double)1024/1024+"M");

如果程序中存在大量的大对象时，就需要分配更大的堆内存空间。一般将-Xms和-Xmx设置成同样的值，让伸缩区的大小为0，因为内存伸缩可能会导致程序性能的下降。

可以利用jdk自带的JVisualvm工具实时查看程序运行过程中的对内存变化。（需要安装VisualGC插件，在工具-插件中直接搜索安装即可）。