1、概览
c++开发人员需要针对程序对象进行内存手动管理，java因为jvm存在，可以自动管理内存，但也存在了内存溢出等问题，这样就需要我们掌握jvm运行原理，来排查问题。
2、运行时数据区域
jvm将内存分为以下几个区域进行管理
程序计数器
不会内存溢出、小的内存空间，记录了执行字节码的行号指示器。线程私有内存。
java虚拟机栈
线程私有、内存溢出、栈溢出、每个方法执行时会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口。每个方法执行对应着出栈入栈的过程。
局部变量表存储了基础数据类型，以及对象地址引用
本地方法栈
本地方法栈跟虚拟机栈一样，不过是本地方法。
堆
最大也是最复杂的一块区域，线程共享。所有对象以及数组都在堆上分配，随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配等会优化性能，所以堆上 分配开始不那么绝对。
堆区分为新生代与老年代
- 新生代有Eden区 survivor区两个
从内存分配的角度来看，线程共享的java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）
方法区
线程共享、存储加载类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，Class文件 中除了有类版本，字段，方法、接口等信息除外，还有一项信息是常量池，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中。jdk 1.7后，移除了方法区间，运行时常量池和字符串常量池都在堆中。
public static void main(String[] args) {
String a="abc";
String b=new String("abc");
String c=b.intern();
System.out.println(a == c);
}
运行结果为true,因为intern将b字符串从堆在运行池常量产生一个常量，但常量池中已经存在，则为true
直接内存
NIO通过native方法，在java虚拟机分配一个堆外内存，并通过New InputStream Object进行引用，并直接操作，这相当于一个缓冲区，不受java虚拟机制约。受操作系统物理内存制约，同样存在OutOfMemoryError，就NIO有使用
3、对象的创建
1、对象的创建有四种方式
用new关键字创建
调用对象的clone方法
利用反射，调用Class类的或者是Constructor类的newInstance（）方法
用反序列化，调用ObjectInputStream类的readObject（）方法
2、虚拟机为对象分配内存方式
一、指针碰撞
如果堆内存是规整的空间，即已经分配的内存与未使用的内存都是连续的空间，此时存在着一个指针位于已用与可用内存的分界，新内存的分配即指针移动对象大小的距离即可。此方式称为指针碰撞。 由于堆空间是线程共享的，所以该方式存在着并发问题，通常有以下两种解决方案：
1. 对内存分配的动作进行同步处理；
2. 本地线程分配缓冲（LTAB）。
本地线程分配缓冲：将内存按照分配的动作按线程划分在不同的空间进行，即每个线程在Java堆中预先申请一块内存(LTAB)，哪个线程需要分配空间，就在哪个线程的LTAB上执行。只有当某一线程的LTAB用完了才执行同步锁定。
二、空闲列表
如果堆空间中已分配的内存与未分配的内存相互交错，就需要使用“空闲列表”的方式进行内存分配操作。此时堆内存中维护了一份可用内存的列表，当有新内存分配的需求时，会到空闲列表中确定足够大小的内存空间予以分配操作。
内存空间分配完毕以后会对内存空间进行初始化操作，如果使用LTAB，该操作也可以提前到LTAB分配时执行。这也是为什么类变量具有默认初始化的原因。
具体选用哪种分配方式由垃圾收集器决定：如果垃圾收集器具有压缩整理的功能，则采用指针碰撞的方式分配内存，如果没有，则使用空闲列表。
3、线程安全性问题
当第一个线程过来，读了一块堆内存，没人用，给将要创建的对象分配了，还没来得及更新表，第二个线程到达，读取表发现该内存还未被分配，就将第一个线程的内存占用了。
方式：
- 对空闲列表加锁，或指针碰撞的移动加锁
- 本地线程分配缓冲
为每个线程在堆内存中创建一个缓冲内存区域，将对象放入缓冲区域，当缓冲区满，则继续分配，在这个分配的时候，将会采用同步策略，分配第二块缓冲。
4、对象的结构
- Header（对象头）
- 自身运行时数据（根据操作系统的不同占32位，或者64位）Mark Word
hash值（它的数据由Object的hashCode方法实现，但这是native方法）
GC分代年龄（涉及垃圾回收）
锁状态标志（标志该对象锁是否被拿走）
线程持有的锁
偏向线程I D
偏向时间戳
JDK1.6以后的版本在处理同步锁时存在锁升级的概念，JVM对于同步锁的处理是从偏向锁开始的，随着竞争越来越激烈，处理方式从偏向锁升级到轻量级锁，最终升级到重量级锁。
1，当没有被当成锁时，这就是一个普通的对象，Mark Word记录对象的HashCode，锁标志位是01，是否偏向锁那一位是0。
2，当对象被当做同步锁并有一个线程A抢到了锁时，锁标志位还是01，但是否偏向锁那一位改成1，前23bit记录抢到锁的线程id，表示进入偏向锁状态。
3，当线程A再次试图来获得锁时，JVM发现同步锁对象的标志位是01，是否偏向锁是1，也就是偏向状态，Mark Word中记录的线程id就是线程A自己的id，表示线程A已经获得了这个偏向锁，可以执行同步锁的代码。
4，当线程B试图获得这个锁时，JVM发现同步锁处于偏向状态，但是Mark Word中的线程id记录的不是B，那么线程B会先用CAS操作试图获得锁，这里的获得锁操作是有可能成功的，因为线程A一般不会自动释放偏向锁。如果抢锁成功，就把Mark Word里的线程id改为线程B的id，代表线程B获得了这个偏向锁，可以执行同步锁代码。如果抢锁失败，则继续执行步骤5。
5，偏向锁状态抢锁失败，代表当前锁有一定的竞争，偏向锁将升级为轻量级锁。JVM会在当前线程的线程栈中开辟一块单独的空间，里面保存指向对象锁Mark Word的指针，同时在对象锁Mark Word中保存指向这片空间的指针。上述两个保存操作都是CAS操作，如果保存成功，代表线程抢到了同步锁，就把Mark Word中的锁标志位改成00，可以执行同步锁代码。如果保存失败，表示抢锁失败，竞争太激烈，继续执行步骤6。
6，轻量级锁抢锁失败，JVM会使用自旋锁，自旋锁不是一个锁状态，只是代表不断的重试，尝试抢锁。从JDK1.7开始，自旋锁默认启用，自旋次数由JVM决定。如果抢锁成功则执行同步锁代码，如果失败则继续执行步骤7。
7，自旋锁重试之后如果抢锁依然失败，同步锁会升级至重量级锁，锁标志位改为10。在这个状态下，未抢到锁的线程都会被阻塞。
- 类型指针
该指针在32位JVM中的长度是32bit，在64位JVM中长度是64bit。 Java对象的类数据保存在方法区。
InstanceData（实例数据）
对象的实例数据就是在java代码中能看到的属性和他们的值。
Padding（对齐填充）
因为JVM要求java的对象占的内存大小应该是8bit的倍数，所以后面有几个字节用于把对象的大小补齐至8bit的倍数，没有特别的功能。
5、对象的访问定位
使用指针（Hothop vm使用）
使用句柄
4、内存溢出排查实战
1、以下代码将会抛出内存溢出异常
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Demo> demoList=new ArrayList<>();
while (true){
demoList.add(new Demo());
}
}
}
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:265)
at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)
at com.hundsun.test.Main.main(Main.java:10)
由于本地电脑运行内存过大，很难看出问题，所以可以实现快照以及设置虚拟机内存大小，并且将异常快照放入
2、使用JProfile查看内存溢出以及解决当一个项目代码特别多，发生内存溢出我们又无法定位的时候，可以使用工具进行分析，在IDEA工具中，可以下载插件JProfile，然后下载JProfile软件https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/version_92，这样IDEA运行的时候可以使用JProfile软件进行分析查看是哪块区域内存溢出。具体集成方式参考https://blog.csdn.net/wytocsdn/article/details/79258247注册码值采用https://blog.csdn.net/liyantianmin/article/details/86534544 这是产生内存溢出的快照用JProfile打开，可以看见Demo对象的数量太多，导致了内存溢出。
Jprofile使用方式参考https://blog.csdn.net/sinat_38259539/article/details/71023582内存监控可以使用JProfile或者JDK自带的JConsole 监控示例：
public class JProfileTest {
JProfileTest(){
byte[] b1=new byte[128*1024];
}
public static void main(String[] args) {
try {
Thread.sleep(5000);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
fill(10000);
}
private static void fill(int n) {
List<JProfileTest> jProfileTestList=new ArrayList<>();
for(int i=0;i<=n;i++){
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
jProfileTestList.add(new JProfileTest());
}
}
}
