讓我們不厭其煩的從內(nèi)存模型開始說起：作為一般人需要了解到的粥航，JVM的內(nèi)存區(qū)域可以被分為：線程棧琅捏，堆，靜態(tài)方法區(qū)（實(shí)際上還有更多功能的區(qū)域递雀，并且這里說的是JVM的內(nèi)存區(qū)域柄延，實(shí)際上Java程序還可以調(diào)用native方法使用直接內(nèi)存）。
本文接下來就重點(diǎn)說說這三個(gè)區(qū)域缀程。
1. 線程棧
簡介
注意這個(gè)棧和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的stack有相似之處搜吧，但并不是用戶態(tài)的市俊。準(zhǔn)確的講它壓入的每個(gè)棧幀（Stack Frame）是程序指令以及局部變量表，每個(gè)方法調(diào)用對應(yīng)一個(gè)棧幀滤奈。局部變量表包括各種基本數(shù)據(jù)類型：boolean摆昧、byte、char蜒程、short绅你、int、float昭躺、long勇吊、double以及對象的引用。我們需要注意到每個(gè)線程都有獨(dú)立的棧并且是互相隔離的窍仰。
棧的大小
棧的大小可以受到幾個(gè)因素影響汉规，一個(gè)是jvm參數(shù) -XSS，默認(rèn)值隨著虛擬機(jī)版本以及操作系統(tǒng)影響驹吮，從Oracle官網(wǎng)上我們可以找到：
In Java SE 6, the default on Sparc is 512k in the 32-bit VM, and 1024k in the 64-bit VM. On x86 Solaris/Linux it is 320k in the 32-bit VM and 1024k in the 64-bit VM.
我們可以認(rèn)為64位linux默認(rèn)是1m的樣子针史。
除了JVM設(shè)置，我們還可以在創(chuàng)建Thread的時(shí)候手工指定大械：
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name , long stackSize)
棧的大小影響到了線程的最大數(shù)量啄枕，尤其在大流量的server中，我們很多時(shí)候的并發(fā)數(shù)受到的是線程數(shù)的限制族沃，這時(shí)候需要了解限制在哪里频祝。
第一個(gè)限制在操作系統(tǒng)，以ubuntu為例脆淹，/proc/sys/kernel/threads-max 和/proc/sys/vm/max_map_count 定義了總的最大線程數(shù)（根據(jù)資料windows總的來說線程數(shù)會(huì)更少）和mmap這個(gè)system_call的最大數(shù)量（也就是從內(nèi)存方面限制了線程數(shù)）
第二個(gè)限制自然是在JVM常空，理論上我們能分配給線程的內(nèi)存除以單個(gè)線程占用的內(nèi)存就是最大線程數(shù)。所以說對Java進(jìn)程來講盖溺，既然分配給了堆漓糙，棧和靜態(tài)方法區(qū)（或叫永久代，perm區(qū)）烘嘱，我們可以大致認(rèn)為
線程數(shù) = （系統(tǒng)空閑內(nèi)存-堆內(nèi)存（-Xms, -Xmx）- perm區(qū)內(nèi)存(-XX:MaxPermSize)) / 線程棧大小(-Xss)
注意這只是幫助我們樹立一個(gè)概念昆禽，實(shí)際上還有許多因素影響。
棧的大小還影響到一個(gè)就是如果單個(gè)棧超過了這個(gè)大小蝇庭，就會(huì)拋出StackOverflowError醉鳖，一般來說遞歸調(diào)用是常見的原因。
如何查看線程棧
使用命令 jstack <pid>可以列出當(dāng)前pid對應(yīng)jvm的所有線程棧描述哮内，描述主要包括了每個(gè)線程的狀態(tài)以及堆棧內(nèi)各棧幀的方法全限定名盗棵，代碼位置。注意這只是為了可閱讀性，并不是說棧里存著的就是這些字符串漾根。
截取一段tomcat的jstack輸出（線程方面的知識可以參考另一篇拙作《Java多線程你只需要看這一篇就夠了》泰涂，本文不再贅述）：
2.堆和垃圾收集
堆的結(jié)構(gòu)
對于大多數(shù)應(yīng)用來說，Java 堆（Java Heap）是Java 虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊辐怕。Java 堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域逼蒙，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例寄疏，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存是牢。
首先堆可以劃分為新生代和老年代。
然后新生代又可以劃分為一個(gè)Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor（幸存）區(qū)陕截。
按照規(guī)定驳棱，新對象會(huì)首先分配在Eden中（如果對象過大，比如大數(shù)組农曲，將會(huì)直接放到老年代）社搅。在GC中，Eden中的對象會(huì)被移動(dòng)到survivor中乳规，直至對象滿足一定的年紀(jì)（定義為熬過minor GC的次數(shù)）形葬，會(huì)被移動(dòng)到老年代。
新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定 )
默認(rèn)的暮的，Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定 )笙以，即： Eden = 8/10 的新生代空間大小，from = to = 1/10 的新生代空間大小冻辩。
然后講講垃圾收集
堆內(nèi)存和垃圾收集是密不可分的兩個(gè)主題猖腕，講垃圾收集的資料很多，但總的來說講的比較混亂恨闪，在這里我試圖從一個(gè)系統(tǒng)的視角展示垃圾收集倘感。
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垃圾收集的意義
- 垃圾收集的出現(xiàn)解放了C++中手工對內(nèi)存進(jìn)行管理的大量繁雜工作，手工malloc,free不僅增加程序復(fù)雜度凛剥，還增加了bug數(shù)量侠仇。
- 分代收集。即在新生代和老生代使用不同的收集方式犁珠。在垃圾收集上，目標(biāo)主要有：加大系統(tǒng)吞吐量（減少總垃圾收集的資源消耗）互亮；減少最大STW（Stop-The-World）時(shí)間犁享；減少總STW時(shí)間。不同的系統(tǒng)需要不同的達(dá)成目標(biāo)豹休。而分代這一里程碑式的進(jìn)步首先極大減少了STW炊昆，然后可以自由組合來達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。
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可達(dá)性檢測
- 引用計(jì)數(shù)：一種在jdk1.2之前被使用的垃圾收集算法，我們需要了解其思想凤巨。其主要思想就是維護(hù)一個(gè)counter视乐，當(dāng)counter為0的時(shí)候認(rèn)為對象沒有引用，可以被回收敢茁。缺點(diǎn)是無法處理循環(huán)引用佑淀。目前iOS開發(fā)中的一個(gè)常見技術(shù)ARC（Automatic Reference Counting）也是采用類似的思路。在當(dāng)前的JVM中應(yīng)該是沒有被使用的彰檬。
- 根搜算法：思想是從gc root根據(jù)引用關(guān)系來遍歷整個(gè)堆并作標(biāo)記伸刃，稱之為mark，等會(huì)在具體收集器中介紹并行標(biāo)記和單線程標(biāo)記逢倍。之后回收掉未被mark的對象捧颅，好處是解決了循環(huán)依賴這種『孤島效應(yīng)』。這里的gc root主要指：
- a.虛擬機(jī)棧(棧楨中的本地變量表)中的引用的對象
- b.方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象
- c.方法區(qū)中的常量引用的對象
- d.本地方法棧中JNI的引用的對象
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整理策略
- 復(fù)制：主要用在新生代的回收上较雕，通過from區(qū)和to區(qū)的來回拷貝碉哑。需要特定的結(jié)構(gòu)（也就是Young區(qū)現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)）來支持，對于新生成的對象來說亮蒋，頻繁的去復(fù)制可以最快的找到那些不用的對象并回收掉空間谭梗。所以說在JVM里YGC一定承擔(dān)了最大量的垃圾清除任務(wù)。
- 標(biāo)記清除/標(biāo)記整理：主要用在老生代回收上宛蚓，通過根搜的標(biāo)記然后清除或者整理掉不需要的對象激捏。
這里可以看到清除會(huì)產(chǎn)生碎片空間，對內(nèi)存利用不是很好凄吏，但不是說整理優(yōu)于清除远舅，畢竟整理會(huì)更慢。比如CMSGC就是使用清除而不是整理的痕钢。
思考一下復(fù)制和標(biāo)記清除/整理的區(qū)別图柏，為什么新生代要用復(fù)制？因?yàn)閷π律鷣碇v任连，一次垃圾收集要回收掉絕大部分對象蚤吹，我們通過冗余空間的辦法來加速整理過程（不冗余空間的整理操作要做swap，而冗余只需要做move）随抠。同時(shí)可以記錄下每個(gè)對象的『年齡』從而優(yōu)化『晉升』操作使得中年對象不被錯(cuò)誤放到老年代裁着。而反過來老年代偏穩(wěn)定，我們哪怕是用清除拱她，也不會(huì)產(chǎn)生太多的碎片二驰，并且整理的代價(jià)也并不會(huì)太大。
- 具體的垃圾收集器
- 新生代收集器：有Serial收集器秉沼、ParNew收集器桶雀、Parallel Scavenge收集器
- 老生代收集器：Serial Old收集器矿酵、Parallel Old收集器、CMS收集器矗积、G1收集器
以上所有的垃圾收集器都會(huì)發(fā)生STW全肮，只不過FGC的STW時(shí)間更長。
幾款重點(diǎn)研究的垃圾收集器：
CMSGC：
CMS(Concurrent Mark-Sweep)是以犧牲吞吐量為代價(jià)來獲得最短回收停頓時(shí)間的垃圾回收器棘捣。對于要求服務(wù)器響應(yīng)速度的應(yīng)用上辜腺，這種垃圾回收器非常適合，因此我們又叫它低延遲垃圾收集器柱锹。在啟動(dòng)JVM參數(shù)加上-XX:+UseConcMarkSweepGC 哪自，這個(gè)參數(shù)表示對于老年代的回收采用CMS，注意此時(shí)新生代默認(rèn)使用的是ParNew禁熏。CMS采用的基礎(chǔ)算法是：標(biāo)記—清除壤巷。
和普通序列化整理（MSC）區(qū)別在于有三個(gè)mark階段（實(shí)際上還有個(gè)預(yù)清理過程，但對于解釋清楚CMSGC沒有幫助就忽略了）瞧毙。CMSGC的精髓在于因?yàn)樽龅搅瞬籗TW的情況下進(jìn)行mark胧华，我們得到了更短的總STW時(shí)間，代價(jià)是因?yàn)椴⑿衜ark產(chǎn)生了『臟數(shù)據(jù)』即在mark的同時(shí)又生成了需要mark的對象宙彪，我們必須再進(jìn)行一次STW矩动，并收尾（remark）。
同時(shí)释漆，我們要注意到得到更短的STW的同時(shí)悲没，我們犧牲了系統(tǒng)吞吐量，CMSGC總吞吐量比ParOld要更低男图。
G1GC
作為最新的垃圾收集器示姿，有可能在jdk9中成為默認(rèn)的垃圾收集器。
主要思路是將新生代老生代進(jìn)一步分為多個(gè)region逊笆，每次gc可以針對部分region而不是整個(gè)堆內(nèi)存栈戳。由此可以降低stw的單次最長時(shí)間，代價(jià)是可能在總時(shí)間上會(huì)更高难裆。
G1GC讓系統(tǒng)在整體吞吐量略降的情況下變得更加平滑穩(wěn)定子檀。
為了比較ParOld,CMSGC和G1GC，附上從某篇博客上轉(zhuǎn)載的評測截圖：
靜態(tài)方法區(qū)
最后講一講靜態(tài)方法區(qū)乃戈，又稱為永久代（Perm Generation）褂痰。它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量偏化、靜態(tài)變量脐恩、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
常見的JVM配置包括：
-XX:MaxPermSize=512m
我們有時(shí)候會(huì)看到j(luò)ava進(jìn)程報(bào)一個(gè)錯(cuò)誤類似
Exception in thread "State Saver" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
說明我們此時(shí)要調(diào)整配置了侦讨，或者說代碼中有一些bug導(dǎo)致大量的perm區(qū)被占用驶冒，可能是用到了太多的靜態(tài)變量（一般懷疑map）或者說用到ASM框架導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的類信息。
附錄
1.JVM的GC日志的主要參數(shù)
-XX:+PrintGC 輸出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 輸出GC的詳細(xì)日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 輸出GC的時(shí)間戳（以基準(zhǔn)時(shí)間的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 輸出GC的時(shí)間戳（以日期的形式韵卤，如 2013-05-04T21:53:59.234+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC 在進(jìn)行GC的前后打印出堆的信息
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime // 輸出GC造成應(yīng)用暫停的時(shí)間
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的輸出路徑
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //發(fā)生OOM的時(shí)候自動(dòng)dump堆棧方便分析
2.如何看垃圾收集策略
jmap -heap <pid>
3.如何實(shí)時(shí)看堆內(nèi)存的使用情況
jstat -gcutil [pid] [interval] //實(shí)時(shí)打印gc情況以及各代內(nèi)存占用比例
jmap -dump:format=b,file=f1 <pid> //dump內(nèi)存到二進(jìn)制文件
jmap -histo [pid] //按占大小倒序列出內(nèi)存中的實(shí)例類型
4.關(guān)于晉升到老年代的條件
對象有兩種可能會(huì)進(jìn)入old區(qū)：
- 存活對象過多骗污。在s1和s2都已經(jīng)溢出了。如果從eden遷往survior區(qū)時(shí)沈条，發(fā)現(xiàn)放不下需忿，則直接進(jìn)入 old Gen
- 從eden到s區(qū)來回拷貝次數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量，總沒有回收掉蜡歹，進(jìn)入old區(qū)屋厘。(從eden到survior1遷到，引用持有中月而，s1中放不下新遷對象汗洒，則清理s1,存活對象，晉升入s2;再下次或繼續(xù)遷移父款，就把s2中的。準(zhǔn)備說憨攒，可能是世杀，這些個(gè)對象從s1<->s2來回拷貝一定次數(shù)后，會(huì)進(jìn)入old Gen)肝集。這塊Servivor Space 調(diào)整合適的存活次數(shù) Threshold 通過-XX:MaxTenuringThreshold。但也只是一個(gè)建議，最終仍由虛擬機(jī)決定
