理解Java内存模型是对于开发、部署、监控、测试和调优Java应用程序的严肃开发人员来说是必要的学习。在这篇博客文章中，我们将讨论Java内存模型以及JVM内存的每个部分如何为我们的程序运行做出贡献。

首先，请检查你是否理解以下JVM体系结构图。如果你不熟悉它，我强烈建议你浏览一下我的上一篇文章（“Java生态系统（第1部分）：理解JVM体系结构”），并刷新你的知识。

JVM体系结构

JVM内存模型

当运行资源密集型Java程序时，你必须使用以下某些JVM内存配置。

• -XmsSetting — 初始堆大小
• -XmxSetting — 最大堆大小
• -XX:NewSizeSetting — 新生成堆大小
• -XX:MaxNewSizeSetting — 最大新生成堆大小
• -XX:MaxPermGenSetting — 永久代最大大小
• -XX:SurvivorRatioSetting — 新堆大小比例（例如，如果Young Gen大小为10m，内存开关为–XX:SurvivorRatio=2，则为Eden空间保留5m，为两个Survivor空间各保留2.5m，默认值为8）
• -XX:NewRatio — 提供Old / New Gen大小比率（默认值= 2）

但是，你是否曾经想过JVM如何驻留在内存中？让我展示一下。与任何其他软件一样，JVM消耗主机操作系统内存中的可用空间。

主机操作系统内存和JVM

但是，在JVM内部，存在单独的内存空间（堆、非堆、缓存），以存储运行时数据和编译的代码。

1) 堆内存

• 堆被分为2部分 — Young Generation 和 Old Generation
• JVM启动时分配堆（初始大小：-Xms）
• 应用程序运行时，堆大小会增加/减少
• 最大大小：-Xmx

JVM堆内存

1.1) Young Generation

• 这是用于包含新分配的对象的空间
• Young Gen包括三个部分 — Eden Memory 和两个Survivor Memory spaces (S0, S1)
• 大多数新创建的对象都放在Eden空间中。
• 当Eden空间填满对象时，会执行Minor GC（又称Young Collection），并将所有幸存对象移动到一个幸存者空间中。
• Minor GC还检查幸存对象并将它们移动到另一个幸存者空间中。因此，一次只有一个幸存者空间为空。
• 在经过多个GC周期幸存的对象被移动到Old generation内存空间。通常是通过设置年轻代对象年龄的阈值来完成的，超过该阈值后，它们就有资格晋升为Old generation。

1.2) Old Generation

• 这是用于包含长期存活的对象的空间，它们可以在许多轮Minor GC后存活
• 当Old Gen空间已满时，会执行Major GC（又称Old Collection）（通常需要更长的时间）

2) 非堆内存

• 这包括Permanent Generation（自Java 8以来已由Metaspace替换）
• Perm Gen存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据以及方法和构造函数的代码，以及interned字符串
• 可以使用-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize更改其大小

JVM非堆和缓存内存

3) 缓存内存

• 这包括Code Cache
• 存储JIT编译器生成的编译代码（即本机代码）、JVM内部结构、加载的分析器代理代码和数据等。
• 当Code Cache超过阈值时，它会被刷新（并且对象不会被GC重新定位）。

栈与堆

到目前为止，我没有提到Java栈内存，因为我想单独突出它的区别。首先，看一下下面的图像，看看这里发生了什么。我已经在我的上一篇文章中讨论了JVM Stack。

JVM Stack、非堆和堆（图片来源：jamesdbloom.com）

总之，Java栈内存用于执行线程，并且它包含方法特定值和堆中其他对象的引用。让我们将栈和堆放入表格中，看看它们的区别。

以下是一个不错的例子（来自baeldung.com），展示了栈和堆如何共同执行简单程序（使用代码检查堆栈顺序）。

class Person {
    int pid;
    String name;// constructor, setters/getters
}public class Driver {
    public static void main(String[] args) {
        int id = 23;
        String pName = "Jon";
        Person p = null;
        p = new Person(id, pName);
    }
}

Java中的栈内存和堆空间（图片来源：baeldung.com）

修改

上述Java内存模型是最常讨论的实现。但是，最新的JVM版本有不同的修改，例如引入以下新的内存空间。

• Keep Area — Young Generation中的一个新内存空间，用于包含最近分配的对象。在下一次Young Generation之前不执行GC。该区域防止对象被提升，只是因为它们在Young collection开始前被分配。
• Metaspace — 自Java 8以来，永久代已被Metaspace替换。它可以自动增加其大小（高达底层操作系统提供的大小），即使Perm Gen始终具有固定的最大大小。只要类加载器存在，元数据就会保留在Metaspace中，并且无法释放。# 内存相关问题

当发生严重的内存问题时，JVM 会崩溃并在你的程序输出中抛出以下错误指示。

• java.lang.StackOverFlowError — 表示栈内存已满
• java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space — 表示堆内存已满
• java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead limit exceeded — 表示 GC 达到了其超额限制
• java.lang.OutOfMemoryError: Permgen space — 表示永久代空间已满
• java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace — 表示元空间已满（自 Java 8 开始）
• java.lang.OutOfMemoryError: Unable to create new native thread — 表示 JVM 原生代码无法从底层操作系统中创建新的本机线程，因为已经创建了太多线程，并且它们消耗了 JVM 可用的所有内存
• java.lang.OutOfMemoryError: request size bytes for reason — 表示应用程序已完全消耗了交换内存空间
• java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit — 表示我们的应用程序使用的数组大小超过了底层平台允许的大小

然而，你必须彻底了解的是，这些输出只能表示 JVM 的影响，而不是实际错误。实际错误及其根本原因可能发生在你的代码中的某个位置（例如，内存泄漏、GC 问题、同步问题）、资源分配，甚至可能是硬件设置。因此，我不能建议你仅仅增加受影响的资源大小来解决问题。也许你需要监控资源使用情况、对每个类别进行分析、查看堆转储、检查和调试/优化代码等。如果你的所有努力似乎都无效，并且你的上下文知识表明你需要更多的资源，请使用更多的资源。

参考资料

• JVM 内部 — http://blog.jamesdbloom.com/JVMInternals.html
• Java 中的栈内存和堆空间 — https://www.baeldung.com/java-stack-heap
• Java（JVM）内存模型 — Java 的内存管理 — https://www.journaldev.com/2856/java-jvm-memory-model-memory-management-in-java
• Java 虚拟机（JVM）的内存管理 — https://betsol.com/2017/06/java-memory-management-for-java-virtual-machine-jvm/

译自：https://medium.com/platform-engineer/understanding-java-memory-model-1d0863f6d973