深入理解 Java 虚拟机（第一弹） - Java 内存区域透彻分析_java元数据空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。

• 新生代（Young）：新生成的对象优先存放在新生代中，新生代对象朝生夕死，存活率很低。在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70% ~ 95% 的空间，回收效率很高。

如果把新生代再分的细致一点，新生代又可细分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间，默认比例为8:1:1。

• 老年代（Tenured/Old）：在新生代中经历了多次（具体看虚拟机配置的阀值）GC后仍然存活下来的对象会进入老年代中。老年代中的对象生命周期较长，存活率比较高，在老年代中进行GC的频率相对而言较低，而且回收的速度也比较慢。

• 永久代（Perm）：永久代存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，对这一区域而言，Java虚拟机规范指出可以不进行垃圾收集，一般而言不会进行垃圾回收。

其中新生代和老年代组成了Java堆的全部内存区域，而永久代不属于堆空间，它在JDK 1.8以前被Sun HotSpot虚拟机用作方法区的实现

另外，再强调一下堆空间内存分配的大体情况，这对于后面一些Jvm优化的技巧还是有帮助的。

• 老年代 ：三分之二的堆空间

• 年轻代 ：三分之一的堆空间
     eden区：8/10 的年轻代空间
     survivor0 : 1/10 的年轻代空间
     survivor1 : 1/10 的年轻代空间

最后，我们再通过一个简单的例子更加形象化的展示一下堆溢出的情况。

• JVM参数设置：-Xms10m -Xmx10m

这里将堆的最小值和最大值都设置为10m，如果不了解这些参数的含义，可以参考这篇文章：深入理解Java虚拟机-常用vm参数分析

 1/**
 2 * VM Args：-Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 3 * @author zzm
 4 */
 5public class HeapTest {
 6
 7    static class HeapObject {
 8    }
 9
10    public static void main(String[] args) {
11        List<HeapObject> list = new ArrayList<HeapObject>();
12
13        //不断的向堆中添加对象
14        while (true) {
15            list.add(new HeapObject());
16        }
17    }
18}

输出结果：

图中出现了java.lang.OutOfMemoryError，并且提示了Java heap space，这就说明是Java堆内存溢出的情况。

堆的Dump文件分析

我的使用的是VisualVM工具进行分析，关于如何使用这个工具查看这篇文章（深入理解Java虚拟机-如何利用VisualVM对高并发项目进行性能分析 ）。在运行程序之后，会同时打开VisualVM工具，查看堆内存的变化情况。

在上图中，可以看到，堆的最大值是30m，但是使用的堆的容量也快接近30m了，所以很容易发生堆内存溢出的情况。

接着查看dump文件。

如上图，堆中的大部分的对象都是HeapObject，所以，就是因为这个对象的一直产生，所以导致堆内存不够分配，所以出现内存溢出。

我们再看GC情况。

如上图，Eden新生代总共48次minor gc，耗时1.168s，基本满足要求，但是survivor却没有，这不正常，同时Old Gen老年代总共27次full gc，耗时4.266s，耗时长，gc多，这正是因为大量的大对象进入到老年代导致的，所以，导致full gc频繁。

5 方法区（Method Area）

方法区（Method Area） 与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。它用于存储一杯虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据。正因为方法区所存储的数据与堆有一种类比关系，所以它还被称为 Non-Heap。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池存放。

Java虚拟机对Class文件每一部分（自然包括常量池）的格式有严格规定，每一个字节用于存储那种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何有关细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需求来实现此内存区域。不过一般而言，除了保存Class文件中的描述符号引用外，还会把翻译出的直接引用也存储在运行时常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译器才能产生，也就是并非置入Class文件中的常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中。

运行时常量池举例

上面的动态性在开发中用的比较多的便是String类的intern() 方法。所以，我们以intern() 方法举例，讲解一下运行时常量池。

String.intern()是一个native方法，作用是：如果字符串常量池中已经包含有一个等于此String对象的字符串，则直接返回池中的字符串；否则，加入到池中，并返回。

 1/**
 2 * @ClassName MethodTest
 3 * @Description vm参数设置：-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
 4 * @Author 欧阳思海
 5 * @Date 2019/11/25 20:06
 6 * @Version 1.0
 7 **/
 8
 9public class MethodTest {
10
11    public static void main(String[] args) {
12        List<String> list = new ArrayList<String>();
13        long i = 0;
14        while (i < 1000000000) {
15            System.out.println(i);
16            list.add(String.valueOf(i++).intern());
17        }
18    }
19}

vm参数介绍：

-Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
开始堆内存和最大堆内存都是512m，永久代大小10m，新生代和老年代1：4，E:S1:S2=8:1:1，最大经过15次survivor进入老年代，使用的，垃圾收集器是新生代ParNew，老年代CMS。

通过这样的设置之后，查看运行结果：

首先堆内存耗完，然后看看GC情况，设置这些参数之后，GC情况应该会不错，拭目以待。

上图是GC情况，我们可以看到新生代 21 次minor gc，用了1.179秒，平均不到50ms一次，性能不错，老年代 117 次full gc，用了45.308s，平均一次不到1s，性能也不错，说明jvm运行是不错的。

注意： 在JDK1.6及以前的版本中运行以上代码，因为我们通过-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M设置了方法区的大小，所以也就是设置了常量池的容量，所以运行之后，会报错：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space，这说明常量池溢出；在JDK1.7及以后的版本中，将会一直运行下去，不会报错，在前面也说到，JDK1.7及以后，去掉了永久代。

6 直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存也被频繁运用，而却可能导致OutOfMemoryError异常出现。

这个我们实际中主要接触到的就是NIO，在NIO中，我们为了能够加快IO操作，采用了一种直接内存的方式，使得相比于传统的IO快了很多。

在NIO引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能避免在Java堆和Native堆中来回复制数据，在一些场景里显著提高性能。

在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

 
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