什么是内存管理
对内存空间进行分配和回收，即内存动态分配和垃圾回收
Java：虚拟机自动管理
C/C++：程序员手动管理
！！自动管理相比于手动管理不容易出现内存泄露和内存溢出，但仍然存在内存泄漏和溢出的问题

虚拟机规范足够严谨也足够宽松。严谨是为了正确性，宽松是为了实现的灵活性，即规范只是要求具备哪些功能，而实现请自由发挥

JVM运行时数据区域

1.模型图
题外话：为什么要划分区域和分类——为了方便管理

  • 线程私有：程序计数器、栈（虚拟机栈、本地方法栈）
  • 线程共享：方法区、堆

Java 简单私有化文件格式_jvm

2.程序计数器
当前线程执行的字节码的行号指示器。

  • 一块较小内存空间
  • 线程私有
  • 执行java方法，计数器值为字节码指令地址
  • 执行本地方法，计数器值为空
  • 唯一不存在内存溢出的区域（OOM）

3.Java虚拟机栈
Java方法执行的内存模型。一个线程对应一个线程栈，一个方法对应线程栈里面的一个栈帧，方法的调用到执行结束对应栈帧的入栈和出栈。

  • 虚拟机栈为线程私有
  • 栈帧的组成
  • 局部表量表
  • 操作数栈
  • 动态链接
  • 方法出口
  • ……
  • 局部变量表存储的数据类型
  • 基本数据类型
  • 引用数据类型（对象起始地址、对象句柄、间接指向对象的地址）
  • returnAddress（指向字节码指令的地址）
  • 存在两种异常
  • OutOfMemoryError
  • StackOverflowError
  • 分类
  • 固定大小栈
  • 可扩展栈
  • 大部分虚拟机都是可扩展栈（-Xss：虚拟机启动时，每个java线程栈的大小）
  • 固定大小栈超过最大栈深请求会报错StackOverflowError；可扩展栈扩展时申请不到足够内存会报错OutOfMemoryError

4.本地方法栈
本地方法的执行模型。

  • 与虚拟机栈类似，只不过执行的方法是本地方法（-Xoss：虚拟机启动时，每个本地线程栈的大小）
  • 虚拟机规范中没有规定其语言、数据结构、执行方式，虚拟机可自由实现
  • hotspot虚拟机栈将本地方法栈与虚拟机栈合二为一（-Xoss这个参数在hotspot中无效）

5.堆
存储对象实例和数组。

  • 所有线程共享
  • 内存占用最大，几乎所有的对象实例和数组都存放在这里（几乎：因为即时编译器和逃逸分析成熟，使得有了栈上分配和标量替换等优化技术，使得对象数组可以分配在栈上）
  • 垃圾回收器管理的主要区域（GC只针对线程共享，方法区的GC收效甚微）
  • 区域划分：新生代+ 老年代 [ + 永久代 ]
  • 虽说这个区域线程共享，但也存在线程私有的概念（线程私有分配缓存区TLAB thread local allocation buffer ；-XX:+/-UseTLAB来决定是否使用TLAB），是为了让同一线程需要存储的对象尽可能放在物理位置相近的地方，使得使用和回收的时候更加方便和高效
  • 虚拟机堆在物理内存上可以不连续，但在逻辑内存行一定连续
  • 分类
  • 固定大小堆
  • 可扩展堆（-Xmx：虚拟机运行时内存最大大小 -Xms：虚拟机启动时内存大小）
  • 当对象分配不到足够内存空间就会出现OutOfMemoryError

6.方法区
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译代码等数据。

  • 线程共享
  • 有些虚拟机将方法区用永久代的方式实现，为了简化内存管理（-XX:MaxPermSize 永久代的最大占用内存大小）。永久代意味着内存上限是虚拟机规定的永久代内存大小，而没有永久代意味着本地内存大小是上限
  • JRockit和J9就没有永久代的概念
  • hotspot的方法区现在已经部分使用虚拟机内存部分使用本地内存了，如jdk1.7将字符串常量池移到了本地内存中
  • 方法区物理上可以不连续，但逻辑上连续
  • 方法区的GC主要针对常量池和类卸载，而类卸载的条件相当苛刻
  • 方法区可以先择不进行垃圾回收
  • 无法申请到足够内存是会出现OutOfMemoryError
  • 运行时常量池
    方法区的一部分，存储字面量和符号引用，具体细节规范内没有明确写出。
  • 区别于class文件中的常量池，它具有动态性，会随着程序执行而新增常量
  • String的intern()方法就是从常量池直接找对象，存在就返回，不存在创建并返回
  • 受方法区内存大小的限制，也存在OutOfMemoryError

7.直接内存
不属于虚拟机运行时数据区，是物理内存。

  • 存在OutOfMemoryError
  • 如果内存溢出，dump文件很小，且程序直接或者间接使用了NIO，则考虑直接内存OOM
  • jdk1.4提出了NIO（new io)，基于通道、缓存，实现将对象实例直接分配在虚拟机内存外的本地内存中，并在堆中创建一个DirectByteGBuffer对象来引用直接内存中存的对象实例，避免了在堆和直接内存中来回的对象复制
  • Xmx越大，直接内存越小

JVM内存异常

1.内存异常

  • 内存溢出：内存不够用
  • 内存泄漏：垃圾回收机制无法回收的dead对象

2.Java虚拟机中存在的两种内存异常

  • OutOfMemoryError：申请内存时，内存不够用
  • 在堆中，新生成一个对象需要分配内存。一般情况下（除非对象特别大，直接分配在老年代），先从新生代分配内存空间。如果内存不够用，则进行垃圾回收；如果GC后还不够用（扩容，扩容失败或扩容后还不够用），则抛异常。
  • 在栈中，申请栈空间时内存不够用，则先进行扩容，扩容失败或扩容后仍然不够用，则抛异常。
  • 方法区类似于堆。
  • StackOverflowError：超过最大栈深
  • 栈帧大小超过该线程栈剩余空间大小且无法扩容时，抛异常。

3.JVM的“内存”

  • JVM的“内存”总空间 = 栈大小 + 方法区大小 + 堆大小 + 程序计数器大小（相比其它来说过于小，可忽略）
  • 基本的内存调控思路
  • 总的物理内存一定，若JVM内存越大，直接内存就越小
  • 堆空间越大，栈空间越小
  • 希望线程数多，则减小最大堆大小以扩大栈空间大小，同时减少栈容量即每个线程占用空间
  • 方法区也可以调小来扩大其它内存空间

参数

  • -Xms：堆的最小值
  • -Xmx：堆的最大值
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：让虚拟机在内存溢出时dump出内存块的转储快照以便事后分析
  • -Xss：线程栈的初始大小
  • -Xoss：本地线程栈的初始大小
  • -XX:MaxDirectMemorySize：指定直接内存容量，如果不指定默认与最大堆内存一样大
  • -XX:MaxPermSize：永久代的最大值