本文主要用於個人筆記記錄，主要針對jdk1.8

一、Java記憶體區域（執行時數區）

圖片這X掉的是方法區，方法區是JVM的規範，大家可能會搞混永久代和方法區，其實永久代就是Jdk 1.8以前 HotSpot對方法區的實現。

 （圖片取自java guide）

直接記憶體是非執行時資料區的一部分。

Java 記憶體可以粗糙的區分為堆記憶體（Heap）和棧記憶體 (Stack)。棧記憶體大多指的是虛擬機器棧中區域性變量表部分。

 

二、執行緒私有記憶體區域

先看看執行緒內的記憶體區域：

1.程式計數器：用於記錄下一條需要執行的位元組碼指令，分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等功能都需要依賴這個計數器來完成。為了執行緒切換後能恢復到正確的執行位置，每個執行緒的程式計數器都是獨立的，這部分執行緒獨立的記憶體區域稱為執行緒私有。

注意：程式計數器是唯一一個不會出現 OutOfMemoryError 的記憶體區域，它的生命週期隨著執行緒的建立而建立，隨著執行緒的結束而死亡

2.Java 虛擬機器棧：生命週期和執行緒相同，描述的是 Java 方法執行的記憶體模型，每次方法呼叫的資料都是通過棧傳遞的。

    虛擬棧存著一個個棧幀，棧幀包括：區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口資訊。

    區域性變量表，從名字顯而易見，是存放執行方法的時候變數的資訊，所以主要存放了編譯期可知的各種資料型別（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、物件引用（reference 型別，它不同於物件本身，可能是一個指向物件起始地址的引用指標，也可能是指向一個代表物件的控制代碼或其他與此物件相關的位置）。

方法/函式的呼叫，就是建立相應函式的棧幀壓入Java棧，呼叫結束後，就會有棧幀彈出。

     虛擬機器棧主要是存放執行緒執行方法的一個個棧幀，棧幀佔用棧多少空間是根據具體方法的引數等資訊決定的，虛擬機器棧有可能出現StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

     每個執行緒的棧大小，通過-Xss設定，公司內預設為256k，相同實體記憶體下，-Xss小，則能生成更多的執行緒，但作業系統對一個程序的執行緒是有限制的。-Xss過小，會出現棧溢位，特別是有遞迴，大的迴圈的時候；-Xss過大，影響建立棧的數量，如果是多執行緒應用，會出現記憶體溢位。

• StackOverFlowError
  ： 若 Java 虛擬機器棧的記憶體大小不允許動態擴充套件（Hotspot不允許），那麼當執行緒請求棧的深度超過當前 Java 虛擬機器棧的最大深度的時候，就丟擲 StackOverFlowError 錯誤。
• OutOfMemoryError： Java 虛擬機器棧的記憶體大小可以動態擴充套件（以前的Classic虛擬機器允許）， 如果虛擬機器在動態擴充套件棧時無法申請到足夠的記憶體空間，則丟擲OutOfMemoryError異常。

3.本地方法棧

和虛擬機器棧所發揮的作用非常相似，區別是： 虛擬機器棧為虛擬機器執行 Java 方法 （也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機器使用到的 Native （一些c、c++程式碼編寫的程式碼呼叫作業系統指令）方法服務。在 HotSpot 虛擬機器中本地方法棧和 Java 虛擬機器棧合二為一。

異常丟擲一樣會StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError，棧幀也同樣是用於存放本地方法的區域性變量表、運算元棧、動態連結、出口資訊。

 

三、執行緒共享區域

1.堆

用於存放物件例項，“幾乎”所有的物件例項以及陣列都在這裡分配記憶體。

但是，隨著 JIT 編譯器的發展與逃逸分析技術逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化，JDK1.7起預設開啟逃逸分析，如果某些方法中的物件引用沒有被返回或者未被外面使用（也就是未逃逸出去），那麼物件可以直接在棧上分配記憶體，就不會再分配到堆裡。

Java 堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此也被稱作GC 堆（Garbage Collected Heap）。

從垃圾回收的角度，由於現在收集器基本都採用分代垃圾收集演算法，所以 Java 堆還可以細分為：新生代和老年代；再細緻一點有：Eden、Survivor、Old 等空間。進一步劃分的目的是更好地回收記憶體，或者更快地分配記憶體。 

JDK 8後PermGen（永久代）已被 Metaspace(元空間) 取代，元空間使用的是直接記憶體。以前永久代用的是堆記憶體空間。

大部分情況，物件都會首先在 Eden 區域分配，在一次新生代垃圾回收後，如果物件還存活，則會進入 S0 或者 S1，並且物件的年齡還會加 1(Eden 區->Survivor 區後物件的初始年齡變為 1)，當它的年齡增加到一定程度（預設為 15 歲）或者累積的某個年齡物件數量大小超過了 survivor 區的一半時，取這個年齡和 MaxTenuringThreshold 中更小的一個值，作為新的晉升年齡閾值；這些物件就會被晉升到老年代中。物件晉升到老年代的年齡閾值，通過引數 -XX:MaxTenuringThreshold 來設定。

物件流轉

物件年齡:0             取物件年齡超過一半的數和MaxTenuringThreshold最小值作為迭代到老年代的閾值並修改         物件年齡:MaxTenuringThreshold

Eden         ->             S0 或者 S1（看現在標記整理清除使用的是哪個新生代）                                                   -> 老年代（Tenured）

堆最容易出現OutOfMemoryError錯誤。但有好幾種：

 1.java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead Limit Exceeded:當 JVM 花太多時間執行垃圾回收並且只能回收很少的堆空間時，就會發生此錯誤。

2.java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space :假如在建立新的物件時, 堆記憶體中的空間不足以存放新建立的物件, 就會引發此錯誤。(和配置的最大堆記憶體有關，且受制於實體記憶體大小。最大堆記憶體可通過-Xmx引數配置。預設值看VM配置，-client取小於實體記憶體的 1/4 或 1GB，有的版本不受1GB影響；可以用這個命令檢視java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -iE 'HeapSize|PermSize|ThreadStackSize', -XX:+PrintConmandLineFlags也可以但要看具體jvm。

 

2.方法區（元空間）

用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。注意：永久代就是 HotSpot 虛擬機器對虛擬機器規範中方法區的一種實現方式。而jdk1.8後是元空間。

jdk1.8後用這兩個命令設定元空間大小，與永久代很大的不同就是，如果不指定大小的話，隨著更多類的建立，虛擬機器會耗盡所有可用的系統記憶體。

-XX:MetaspaceSize=N //設定 Metaspace 的初始（和最小大小）

-XX:MaxMetaspaceSize=N //設定 Metaspace 的最大大小

為什麼要將永久代 (PermGen) 替換為元空間 (MetaSpace) 呢?

《深入理解Java虛擬機器》第三版2.2.5提到

 

1.整個永久代有一個 JVM 本身設定的固定大小上限，無法進行調整，而元空間使用的是直接記憶體，受本機可用記憶體的限制，雖然元空間仍舊可能溢位，但是比原來出現的機率會更小。溢位時會報錯：java.lang.OutOfMemoryError: MetaSpace

2.可以使用 -XX：MaxMetaspaceSize 標誌設定最大元空間大小，預設值為 unlimited就意味著它只受系統記憶體的限制。-XX：MetaspaceSize 調整標誌定義元空間的初始大小如果未指定此標誌，則 Metaspace 將根據執行時的應用程式需求動態地重新調整大小。

3.在 JDK8，合併 HotSpot 和 JRockit 的程式碼時, JRockit 從來沒有一個叫永久代的東西, 合併之後就沒有必要額外的設定這麼一個永久代的地方了。 

 

3.執行時常量池

方法區一部分。存在方法區的類儲存（包括類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊、常量池表）。存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。

同樣因為在方法區中，當執行時常量池無法申請到記憶體時，會丟擲java.lang.OutOfMemoryError。

但字串常量放到了堆中。

JDK1.8版本的字串常量池中存的是字串物件，以及字串常量值。

幾個問題：

1.那麼JVM 常量池中儲存的是物件還是引用呢？字串常量池呢？

 執行時常量池其中的引用型別常量（例如CONSTANT_String、CONSTANT_Class、CONSTANT_MethodHandle、CONSTANT_MethodType之類）都存的是引用，實際的物件還是存在Java heap上的。字串常量池則看情況而定。如果使用StringBuilder.append先建立堆物件，後面再intern，則是把常量池中的物件指向堆物件，常量池中也是個引用，普通的情況，字串常量池是存了一個真的物件。

 

2.String s = new String("abc")這個語句建立了幾個物件？

建立了2個物件，第一個物件是”abc”字串儲存在常量池中，第二個物件在JAVA Heap中的 String 物件（物件儲存的就是字元常量池的引用），s指向的就是堆中這個String物件。

詳細見此文章：https://blog.csdn.net/wangwenjie1997/article/details/108325863

 

3.如果是用"+"拼接的字串呢？

"+"會被替換為採用了StringBuilder進行加號的拼接，只會在堆中建立一個String物件，並不會在常量池中儲存對應的字串。而“+”建立完字串後，再呼叫intern做池化，因為JDK7之後對字串常量池放到了堆中，所以當intern呼叫時，如果常量池沒有這個字串，就會在常量池中存了堆中對應字串的引用。

即：當字串常量池中並不存在對應字串時，呼叫intern方法返回的地址為堆中物件的地址。

 

4.String.intern()方法流程？

String類的intern()方法：一個初始為空的字串池，它由類String獨自維護。當呼叫 intern方法時，如果字串常量池池已經包含一個等於此String物件的字串（用equals(oject)方法確定），則返回池中的字串。否則，將此String物件新增到池中，並返回此String物件（注意是常量池中的物件，不是堆中的物件）的引用。 對於任意兩個字串s和t，當且僅當s.equals(t)為true時，s.intern() == t.intern()才為true。所有字面值字串和字串賦值常量表達式都使用 intern方法進行操作。 1.7後使用intern不同的地方是，如果存在堆中的物件，字元常量池會直接儲存這個堆中物件的引用，而不會重新建立物件。 詳細的String.intern作用描述可以看該文章https://www.cnblogs.com/yrjns/p/12507892.html。  

5.那麼的String.intern如何做到節省記憶體呢？

比如一個10w次的迴圈，new String(String.valueOf(sample[i % sample.length]))，迴圈中如果字串有重複的時候，new String建立都會判斷常量池是否有該字面量物件，如果沒有，都會建立一個，再建立一個堆中的字串物件；也就是一直會在堆中建立一個物件指向字串常量池的字串物件。但如果用了new String(String.valueOf(sample[i % sample.length])).intern()；new String().intern實際上如果字串常量池有這個字串物件，就會直接返回常量池的物件引用給到變數，這個過程是不會在 Java 堆中再建立一個 String 物件的。

 

4.直接記憶體

直接記憶體並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，也不是虛擬機器規範中定義的記憶體區域，但是這部分記憶體也被頻繁地使用。也可能導致 OutOfMemoryError 錯誤出現。

JDK1.4 中新加入的 NIO(New Input/Output) 類，引入了一種基於通道（Channel）與快取區（Buffer）的 I/O 方式，它可以直接使用 Native 函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 物件作為這塊記憶體的引用進行操作。這樣就能在一些場景中顯著提高效能，因為避免了在 Java 堆和 Native 堆之間來回複製資料。本機直接記憶體的分配不會受到 Java 堆的限制，但是，是記憶體就會受到本機總記憶體大小以及處理器定址空間的限制。