一、JVM内存模型基础

内存区域划分，想象JVM内存像一个大型仓库，被划分为不同功能的区域：

1. 程序计数器：好比工厂流水线的计数器，记录当前线程执行的位置
2. 虚拟机栈：存储方法调用的"现场直播"，每个方法调用创建一个栈帧
3. 本地方法栈：为本地(Native)方法服务
4. 堆：对象的"大本营"，所有对象实例和数组都在这里分配
5. 方法区：存储类信息、常量、静态变量等"元数据"

public class MemoryModelDemo {
    private static final String CLASS_CONSTANT = "CONSTANT"; // 方法区
    private static Object staticObj; // 方法区


    public static void main(String[] args) {
        int localVar = 1; // 栈帧中的局部变量表
        Object instance = new Object(); // 对象在堆，引用在栈
        staticObj = new Object(); // 静态引用指向堆对象
    }
}

为什么这样设计？

这种分区设计源于几个核心考虑：

1. 生命周期管理：栈内存随线程生灭，堆内存需要GC管理
2. 访问速度：栈访问更快，但容量和灵活性受限
3. 线程安全：栈是线程私有的，堆是共享的
4. 内存回收效率：不同区域适用不同回收策略

二、栈（Stack)

1. 什么是栈内存

栈内存是线程私有的内存区域，每个线程在创建时都会创建一个私有的栈。栈中存储的是栈帧(Stack Frame)，每个方法调用都会创建一个栈帧，方法调用结束(正常返回或抛出异常)时栈帧会被销毁。

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int result = add(a, b);
        System.out.println(result);
    }


    public static int add(int x, int y) {
        int sum = x + y;
        return sum;
    }
}

上述代码执行时栈的变化：

1. main方法调用，创建栈帧并压入栈
2. add方法调用，创建新栈帧压入栈
3. add方法返回，其栈帧弹出
4. main方法结束，其栈帧弹出

2. 栈帧的内部结构

每个栈帧包含：

• 局部变量表：存储方法参数和方法内定义的局部变量
• 操作数栈：方法执行的工作区，用于存放计算过程中的中间结果
• 动态链接：指向运行时常量池的方法引用
• 方法返回地址：方法正常退出或异常退出的定义

3. 栈内存的特点

1. 快速分配：栈内存的分配和回收都是自动的，速度极快
2. 线程私有：每个线程都有自己的栈，不会出现线程安全问题
3. 空间有限：栈内存通常比堆小得多(-Xss参数设置)，默认1MB左右
4. 溢出风险：递归调用过深可能导致StackOverflowError

三、堆（Heap)

1. 堆内存概述

堆是JVM中最大的一块内存区域，被所有线程共享。几乎所有对象实例和数组都在堆上分配内存。

public class HeapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 对象在堆上分配，引用存在栈中
        Person person = new Person("张三", 25);


        // 数组也在堆上分配
        int[] numbers = new int[10];
    }
}


class Person {
    String name;
    int age;


    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

2. 堆内存的分代结构

现代JVM堆内存采用分代设计，主要分为：

1. 新生代(Young Generation)
2. Eden区：新对象首先在这里分配
3. Survivor区(S0, S1)：存放经过Minor GC后存活的对象
4. 老年代(Old Generation)
5. 存放长期存活的对象
6. 当对象在Survivor区存活足够长时间后晋升至此
7. 元空间(Metaspace) (Java 8+)
8. 取代永久代(PermGen)
9. 存储类元数据信息

堆结构如下图所示：

3. 堆内存的参数配置

• -Xms：初始堆大小
• -Xmx：最大堆大小
• -Xmn：新生代大小
• -XX:NewRatio：老年代与新生代的比例
• -XX:SurvivorRatio：Eden区与Survivor区的比例

4. 堆内存的垃圾回收

1. Minor GC：清理新生代
2. 当Eden区满时触发
3. 存活对象从Eden和Survivor区复制到另一个Survivor区
4. 达到年龄阈值(默认15)的对象晋升到老年代
5. 
   
6. Major GC/Full GC：清理整个堆
7. 通常伴随老年代清理
8. 会触发STW(Stop-The-World)，暂停所有应用线程
9. 应尽量减少Full GC的发生

四、方法区（Method Area)

1. Java 7及以前：永久代（PermGen)

永久代是堆的一个逻辑部分，用于存储：

• 类元数据(Class metadata)
• 常量池
• 静态变量
• JIT编译后的代码

问题：

1. 容易出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
2. 大小固定(-XX:MaxPermSize)，难以调优
3. Full GC时才会回收，效率低

2. Java 8+： 无空间（Metaspace）

元空间不再是堆的一部分，而是使用本地内存(Native Memory)：

• 默认不限制大小(受系统内存限制)
• 可设置上限(-XX:MaxMetaspaceSize)
• 自动调整大小，减少OOM风险
• 由元数据垃圾收集器单独管理

优点：

1. 避免了永久代的OOM问题
2. 类元数据的分配更高效
3. 简化了Full GC的过程
4. 为后续优化提供更多可能性

五、内存溢出的几种情况

1. 堆溢出(OutOfMemoryError: Java heap space)
2. 增加堆大小(-Xmx)
3. 优化对象创建和缓存策略
4. 
   
5. 栈溢出(StackOverflowError)
6. 检查递归调用是否合理
7. 增加栈大小(-Xss)
8. 
   
9. 元空间溢出(OutOfMemoryError: Metaspace)
10. 增加MaxMetaspaceSize
11. 检查是否有类加载器泄漏

六、常用工具查看内存分布

1. jvisualvm：可视化查看堆内存使用情况
2. jmap：生成堆转储快照

jmap -heap <pid>
jmap -histo <pid>

3. jstat：监控内存和GC情况

jstat -gc <pid> 1000 10