[TOC]

1. 程序计数器

1. 定义: program counter register 程序计数器(寄存器)    
2. 作用: 保存下一条字节码指令的地址

2. 虚拟机栈

2.1定义

定义：每个线程运行需要的空间
组成：由多个栈帧组成
栈帧：是方法需要的内存.
1. 存放方法参数，局部变量，返回地址
2. 1个方法的调用对应1个栈帧的入栈和出栈
3. 每个线程只能由1个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法
4. idea中的frames即为栈帧
几个问题
1. 垃圾回收是否涉及栈内存？答：不涉及
2. 栈内存分配越大越好吗？
  - 线程栈的大小设置，一般用系统默认的就可以
  - 栈内存的size越大，能够支持更多次的递归调用，然而支持并发的线程数就越小
3. 方法内的局部变量是否线程安全？看1个变量是否是多个线程共享的
  - 每个线程有自己的栈帧，局部变量存在栈帧中，如果不作为返回值，则是线程安全的。
  - 如果局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全
    2.2. 栈内存溢出StackOverflowError
4. 栈帧过多导致(递归,json转化时由于2个类的循环引用导致)
5. 单个栈帧太大(jsp中)
  2.3. 线程运行诊断
nohup命令：nohup java cn.ustc.jvm.Demo1_16 & (让Java代码在后台运行)
top命令：监测进程对CPU,内存的占用情况，定位不到线程
ps命令：可以查看线程对cpu的占用情况

案例1：定位cpu 占用过多-空循环

用top定位哪个进程对cpu的占用过高
ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id （用ps命令进一步定位是哪个线程引起的cpu占用过高）

jstack(JDK提供) 进程id

会列出所有线程，可以根据线程id 找到有问题的线程(nid)，进一步定位到问题代码的源码行号

public static public static void main(String[] args) {
        new Thread(null, () -> {
            System.out.println("1...");
            while(true) {

            }
        }, "thread1").start();

案例2：Jstack排查死锁问题

先用nohup运行，后直接用jstack得出下图

3. 本地方法栈Native Method Stacks
什么叫本地方法？
- Java语言有限制，有些操作系统底层的功能得通过c/c++的方法去调用.
- 本地方法很多，本地方法运行需要的内存叫本地方法栈
  4. 堆Heap
  4.1 定义
通过 new 关键字，创建对象都会使用堆内存
它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题
有垃圾回收机制
4.2 堆内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
例：
- 虚拟机参数:-Xmx8m 设置堆空间大小为8MB ,默认是4GB？
- 排查堆内存溢出的问题可以将堆空间大小设置小些，尽早暴露出问题
  4.2 堆内存诊断

jps 工具：查看当前系统中有哪些 java 进程
jmap 工具：查看某一时刻堆内存占用情况 jmap -heap 进程id
jconsole工具：图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测不仅堆内存的情况

jmap例：演示堆内存-分别看Eden Space这个区域used情况

public class public class Demo1_4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("1...");
        Thread.sleep(30000);//用来在new 对象前敲jmap命令
        byte[] array = new byte[1024 * 1024 * 10]; // 10 Mb
        System.out.println("2...");
        Thread.sleep(20000);
        array = null;
        System.gc();//显示垃圾回收
        System.out.println("3...");
        Thread.sleep(1000000L);
    }
}

jconsole例：演示堆内存

仍然用上面的main方法
命令行输入jconsole->选择进程->可看到堆内存的动态变化情况

例：垃圾回收后，内存占用仍然很高，怎么用工具来排查？

jmap 查看进程的新生代和老年代内存使用情况
用jconsole 对进程执行GC，观察出内存使用从250MB，只降到了200多MB
再用jmap 查看发现新生代使用的减少到了6MB，但是老年代仍然使用了200多MB

jvisualvm命令-可视化虚拟机

用堆Dump这个功能抓取堆的当前快照
查找占用内存最大的前20个对象
发现arraylist大小200，每个元素占1MB

分析代码

//演示查看对象个数 堆转储 dump
 public class Demo1_13 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List students = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            students.add(new Student());
//            Student student = new Student();
        }
        Thread.sleep(1000000000L);
    }
}
class Student {
    private byte[] big = new byte[1024*1024];
}

5. 方法区

5.1 定义

逻辑上是堆的一个组成部分，具体实现不同厂商可能不一样，甚至上实现上不是
- Hotspot虚拟机在1.8以前用的堆中的永久代区域实现的方法区
- 1.8用的不是堆的内存，叫元空间，用的本地内存，是操作系统的内存
存储每个类的结构/信息，如field,(运行时)常量池，构造器和成员方法，类方法的代码
是所有线程共享的，和堆一样
在虚拟机启动时创建
会发生OutOfMemoryError

5.2溢出java.lang.OutOfMemoryError

元空间溢出

永久代空间溢出

/**
 * 演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
 * -XX:MaxMetaspaceSize=8m
 * 1.8用的元空间实现，默认没有大小限制，为了演示OutOfMemoryError，得修改上面的虚拟机参数
 */
/**
 * 演示1.6 永久代内存溢出  java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
 * -XX:MaxPermSize=8m
 */
public class Demo1_8 extends ClassLoader { // 可以用来加载类的二进制字节码
    public static void main(String[] args) {
        int j = 0;
        try {
            Demo1_8 test = new Demo1_8();
            for (int i = 0; i < 10000; i++, j++) {
                // ClassWriter 作用是生成类的二进制字节码
                ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
                //参数： 版本号， public， 类名, 包名, 父类， 接口
                cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
                // 返回 byte[]
                byte[] code = cw.toByteArray();
                // 只执行了类的加载（没有初始化等其他过程）
                test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 对象
            }
        } finally {
            System.out.println(j);
        }
    }
}

实际场景中spring,mabatis大量使用了运行中加载、生成类-动态生成字节码技术，使用不当可能会导致方法区内存溢出

5.3 运行时常量池
什么是常量池？
class文件结构中的常量池，class文件还包括类的基本信息，类方法(虚拟机指令)
常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量(字符串，基本类型常量) 等信息

什么是运行时常量池？

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

总结：

方法区：在java的虚拟机中有一块专门用来存放已经加载的类信息、常量、静态变量以及方法代码的内存区域，叫做方法区。
常量池：常量池是方法区的一部分，主要用来存放常量和类中的符号引用等信息。
堆区：用于存放类的对象实例。
栈区：也叫java虚拟机栈，是由一个一个的栈帧组成的后进先出的栈式结构，栈桢中存放方法运行时产生的局部变量、方法出口等信息。当调用一个方法时，虚拟机栈中就会创建一个栈帧存放这些数据，当方法调用完成时，栈帧消失，如果方法中调用了其他方法，则继续在栈顶创建新的栈桢。

jvm中的运行时内存区域还包括本地方法栈和程序计数

Java虚拟机

Java Java虚拟机

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一、内存结构

1. 程序计数器

2. 虚拟机栈

2.1定义

2.2. 栈内存溢出StackOverflowError

2.3. 线程运行诊断

3. 本地方法栈Native Method Stacks

4. 堆Heap

4.1 定义

4.2 堆内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

4.2 堆内存诊断

5. 方法区

5.1 定义

5.2溢出java.lang.OutOfMemoryError

5.3 运行时常量池