Java 8 内存管理原理解析及内存故障排查实践 _Java

本文介绍JAVA8虚拟机的内存区域划分、内存垃圾回收工作原理解析、虚拟机内存分配配置，以及各垃圾收集器优缺点及场景应用、实践内存故障场景排查诊断，方便读者面临内存故障时有一个明确的思路和方向。

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一、背景Java是一种流行的编程语言，可以在不同的操作系统上运行。它具有跨平台、面向对象、自动内存管理等特点，Java程序在运行时需要使用内存来存储数据和程序状态。
Java的自动内存管理机制是由 JVM 中的垃圾收集器来实现的，垃圾收集器会定期扫描堆内存中的对象，检测并清除不再使用的对象，以释放内存资源。
Java的自动内存管理机制带来了许多好处，首先，它可以避免程序员手动管理内存时的错误，例如内存泄漏和悬空指针等问题。其次，它可以提高程序的运行效率，因为程序员不需要频繁地手动分配和释放内存，而是可以将更多时间和精力专注于程序的业务逻辑，最后，它可以提高程序的可靠性和稳定性，因为垃圾收集器可以自动检测和清除不再使用的内存资源，避免内存溢出等问题。
了解和掌握垃圾收集器原理可以帮助提高程序的性能、稳定性和可维护性。
名词解释：
响应速度：响应速度指程序或系统对一个请求的响应有多迅速。比如，用户查询数据响应时间，对响应速度要求很高的系统，较大的停顿时间是不可接受的。
吞吐量：吞吐量关注在一个特定时间段内应用系统的最大工作量，例如每小时批处理系统能完成的任务数量，在吞吐量方面优化的系统，较长的GC停顿时间也是可以接受的，因为高吞吐量应用更关心的是如何尽可能快地完成整个任务，不考虑快速响应用户请求。
GC导致的应用暂停时间影响系统响应速度，GC处理线程的CPU使用率影响系统吞吐量。
二、Java 的内存管理2.1 JVM（Java虚拟机）内存划分Java运行时数据区域划分， Java虚拟机在执行Java程序时，将其所管理的内存划分为不同的数据区域，每个区域都有特定的用途和创建销毁的时间。其中，有些区域在虚拟机进程启动时就存在，而有些区域则是随着用户线程的启动和结束而建立和销毁。这些数据区域包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区等，每个区域都有其自身的特点和作用。了解这些数据区域的使用方式和特点，可以更好地理解Java虚拟机的内存管理机制和运行原理。
JVM的内存区域划分可分为：1.堆内存空间、2.Java虚拟机栈区域、3.程序计数器、4.本地方法栈、5.元空间区域、6.直接内存。

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堆内存空间：JVM中占用内存空间最大的是堆，平常对象的创建大部分都是在堆上分配内存的，是垃圾回收的主要目标和方向。
本地方法栈区域：Native Mehod Stack与Java虚拟机栈的作用非常相似，区别是Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法或者为字节码而服务，本地方法栈是为了Java 虚拟机栈得到Native方法。
Java虚拟机栈区域：负责Java的解释过程、程序的执行过程、入栈和出栈，它是与线程相关的，当启动一个新的线程时，Java程序就会分配一个Java 虚拟机栈提供运行；Java 虚拟机栈从方法入栈到具体字节码执行是一个双层栈结构，可以栈里包含栈。
程序计数器：记录线程执行位置，线程私有，因为操作系统不停的调度，无法获取到线程被调度之前的位置，程序计数器提供了这样一个线程执行位置。
元空间区域：在原来的老的Java 7之前划分中，永久代用来存放类的元数据信息、静态变量以及常量池等。在现在Java8后类的元信息存储在元空间中，静态变量和常量池等并入堆中，相当于原来的永久代中的数据，被元空间和堆内存给瓜分了。
直接内存：使用了Java 的直接内存的API的内存，例如缓冲ByteBuffer，可以控制虚拟机参数调整大?。??镜啬诖媸鞘褂昧薾ative函数操作的内存，是不受JVM管理控制。

堆内存空间
JVM回收的主要目标是堆内存，对象主要的创建分配内存在堆上进行，堆可以想象成一个对象池子，对象不停创建放入池子中，而JVM垃圾回收是不停的回收池子中一些被标记为可回收对象的对象，启动回收线程进行打扫战?。?当回收对象的速度赶不上程序的创建时，池子就会立马满，当满了之后从而发生溢出，就是常见的OOM 。