一、JVM构成

jvm:java virtual machine java文件经过编译后生成字节码文件，然后装载到java虚拟机上运行，屏蔽了底层操作系统细节，一次编译，多个环境运行

jre:java runtime environment 由JVM+基础类库组成，包括java.lang.*,java.util.*,java.io.*等等

jdk:java development kit 由JVM+基础类库+编译工具组成，包括javac、jstack、jstat、jmap，jconsole等常用工具

 二、JVM内存结构

　　Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。Java虚拟机所管理的内存将会包括以上几个运行时数据区域：堆区、方法区、程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈

其中方法区和堆是所有线程共享的数据区，程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈是线程隔离的数据区，画一个逻辑图

 三、程序计数器

　　程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。为什么要记录当前线程所执行的字节码的行号？直接执行完不就可以了吗？因为代码是在线程中运行的，线程有可能被挂起。即CPU一会执行线程A，线程A还没有执行完被挂起了，接着执行线程B，最后又来执行线程A了，CPU得知道执行线程A的哪一部分指令，线程计数器会告诉CPU。特点：

  • 是线程私有的
  • 不会存在内存溢出

四、虚拟机栈

　　虚拟机栈存储当前线程运行方法所需要的数据，指令，返回地址。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每个方法从调用直到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
　　局部变量表存储存储局部变量，是一个定长为32位的局部变量空间。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用以个。引⽤类型（new出来的对象）如何存储?看下图

public int methodOne(int a, int b) {
    Object obj = new Object();
    return a + b;
}

  如果局部变量是Java的8种基本基本数据类型，则存在局部变量表中，如果是引用类型。如String，局部变量表中存的是引用，而实例在堆中。

假如methodOne方法调用methodTwo方法时， 虚拟机栈的情况如下

 当虚拟机栈无法再放下栈帧的时候，就会出现StackOverflowError。-Xss 参数可以设置jvm每个线程的堆栈⼤⼩。

每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

问题辨析
1. 垃圾回收是否涉及栈内存？不存在，垃圾回收只针对堆内存
2. 栈内存分配越大越好吗？不是，栈内存方法一出站就会被回收，分配的越大，可用的线程数就越少
3. 方法内的局部变量是否线程安全？
如果方法内局部变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
如果是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

线程运行诊断:cpu占用百分比过高

  • 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 进程id|grep 线程id(十六进制)

 五、本地方法栈

　　本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈锁发挥的作用是非常相似的，他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为n虚拟机使用到的Native方法服务

 六、Heap堆

通过new关键字，创建对象都会使用堆内存。堆内存溢出会抛出OutOfMemoryError:java heap space，可通过-Xmx:设置堆的最大内存，-Xms:设置堆的初始内存

特点：

  • 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

 堆内存诊断工具：

1. jps 工具
查看当前系统中有哪些 java 进程
2. jmap 工具(监控某一时刻)
查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
3. jconsole 工具(连续性的监控，还可监控cpu、线程等)
图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测
4. jvisualvm(同jconsole,可查看堆dump，查找最大内存的n个对象)

 七、方法区

　　方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。jdk1.8之前是堆上开辟一段叫永久代的内存空间，1.8以后使用操作系统的内存空间，称为元空间，字符串常量也移到堆内存了。

      1.8之后会导致元空间内存溢出异常java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace，可通过参数配置元空间内存大小 -XX:MaxMetaspaceSize=8m

      1.8以前会导致永久代内存溢出异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，使用-XX:MaxPermSize=8m配置永久代大小

     场景:spring.mybatis cglib代理使用类加载器加载大量类到方法区

八、直接内存

  • 常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区
  • 分配回收成本较高，但读写性能高
  • 不受 JVM 内存回收管理

分配和回收原理

　　使用了 Unsafe 对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动调用 freeMemory 方法
　　ByteBuffer 的实现类内部，使用了 Cleaner （虚引用）来监测 ByteBuffer 对象，一旦ByteBuffer 对象被垃圾回收，那么就会由 ReferenceHandler 线程通过 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放直接内存