关于JVM内存区域、内存溢出异常与垃圾回收策略的一点理解

JVM内存区域

程序计数器（Program Counter Register）

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。每个线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，即：线程私有。

虚拟机栈（Virtual Machine Stacks）

java虚拟机栈也是线程私有的，他的生命周期与线程相同。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，会创建一个栈桢，用于存储局部变量、操作数栈、动态链接和方法出入口等信息。即：虚拟机栈是针对于java方法执行过程中所涉及到的内存区域。

本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用相似，区别在于，虚拟机栈为虚拟机执行JAVA方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

JAVA堆（Java Heap）

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建，此内存区域的唯一目的是存放对象实例。即：所有的对象实例以及数组，都要在堆上分配内存。Java堆按照不同的角度还可以分为：新生代、老年代或者 Eden空间区域、From Survivor空间、To Survivor空间。

方法区（Method Area）

方法区是各个线程共享的内存区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。

运行时常量池（RunTime Constant Pool）

方法区的一部分，编译器生成的各种字面量和符号引用，在类加载后进入方法区的运行时常量池中。

直接内存（Direct Memory）

它并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但这部分内存会被频繁的使用，也可能会导致OutOfMemoryError异常。在进行IO操作时，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，避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。

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内存溢出异常

1. Java堆溢出。异常代码形如：OutOfMemoryError：Java heap space。
   不停的创建对象，而GC Roots 到这些对象之间有可达路径，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
   可能原因：如果是内存泄漏，泄露的对象与GC Roots相关联，导致垃圾收集器无法回收，通过工具查看泄露对象到GC Roots 的引用链，掌握泄露对象信息和引用链信息，就能够找到引发内存泄露的代码位置。如果不是内存泄露，那说明对象依旧存活，因为无法回收，积累到一定量之后会引发内存溢出，可以通过调整虚拟机的堆参数（-Xmx和-Xms），或者从代码的角度检查是否有对象生命周期过长，持有状态时间过长等问题。

2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出
   如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverFlowError异常。
   如果虚拟机在扩展栈深度是无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

3. 方法区和运行时常量池溢出，异常代码形如：OutOfMemoryError：PermGen Space
   方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述和方法描述等。所以在使用反射、动态代理和CGlib等技术，运行时生成大量的动态类时，可能会出现内存溢出现象。

4. 本机直接内存溢出
   DirectMemory容量可以通过 -XX：MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆的最大值一样，因为直接内存并不是虚拟机的内存区域，所以当虚拟机内存区域+直接内存所使用的区域大于本机内存时，无法申请到本机内存，则抛出异常，除OutOfMemoryError字样外，无其余明显报错信息。

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垃圾收集算法

标记-清除 算法

该算法分为“标记”和“清除”两个阶段，首先，标记所有需要回收的对象，在标记完成后，同意回收所有被标记的对象。
缺点：
1. 标记和清除两个过程效率都不高。
2. 标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。

复制算法

将可用的内存按照容量划分为大小相等的两块，每次只使用一块，再回收的时候，将还存货的对象，复制到另外一块上面，然后，再把已使用的内存空间一次性清理掉。简单，高效。
缺点：可用内存区域变为原来的一半。对象存活率较高时，会进行较多的复制操作，效率降低（在Eden区域中较为合适，不宜在老年代中使用该算法）。
优化：因为大部分的对象都是“朝生夕死”，所以，并不需要按照1:1来划分内存区域，按照8:1来划分区域比较合理，即：Eden区域占80%，From Survivor区域占10%，To Survivor区域占10%。

标记-整理算法

标记整理算法的过程与标记清除算法相似，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象直接都想一端移动，然后直接清理掉端边界意外的内存。

分代收集算法

分代收集算法并不是一种新的算法，可以理解为一种思想，即：根据对象存活周期的不同，划分为几块（新生代和老年代）。新生代中每次垃圾收集，都有大批的对象死去，只有少量存活，适宜选用复制算法，而老年代中因为对象的存活率较高，所以使用标记-清除或者标记-整理算法来进行回收。