十分钟讲清楚java 内存分配，及异常与解决方案，并内存原理

解决方案速成

        讲道理前，先讲解决各种OOM(out of memory)办法，速成：

        StackOverflowError ：通常因为递归函数引起（死递归，递归太深）。-Xss 128k 一般够用。

        out Of memory: PermGen Space：通常是动态类大多，比如web 服务器自动更新部署时引起。-XX:MaxPermSize=256m，一般够用。JDK 8 没有PermGen Space，相对应是MetaSpace

        OutOfMemoryError:unable to create native thread : 线程数太多（查看下线程数）或者给虚拟机内存过大( -Xmx 值小点)

       out Of memory ：heap space  : 加大堆的内存：-Xmx 512m, 如果堆的内存一直在增长，那就是没有及时释放对象，主要查下各类集合引用的对象。这类问题最难查，可借且 jvisualvm 程序，仔细分析。

      

原理详解

       下面，开始讲道理

       遇到内存问题，大多数程序员会觉得头痛，看到报内存异常问题不知怎么办，觉得太多专业术语。所以，我打算用最用最简洁的话，解释清楚内存问题。

       从开头讲起，计算机在运行程序的时候，都是一条条指令的运行，那么运行到哪里了,总得有个标记，这个标记就是放在程序计数寄存器中。

      不管我们执行的是进程还是线程，最终要执行的都是一个个的方法(函数 function)。方法有传入的参数，还有传出的参数，执行过程中，还有变量，那么总得给这个方法一块内存，我们叫这块内存为栈(stack)，这块内存在方法执行完后，就没必要存在了，就会清理掉，所以你也可以理解成“暂” 时的。

      方法运行的时候，会生成些结果，有些结果占用的内存比较大，不适合用参数来传递，而且这个结果可能要保留很久，所以需要一个大块的内存，叫“堆”(heap)，可以想象成一个大仓库，总是要堆些东西。在 c 里面用 alloc() 分配，free()还释放, java里用 new 来分配。

      在java 中，还有个叫本地栈，专门给调用native 程序用的，比如win32的代码。

     

      好了，基本概念就如上，很简单。下面讲内存释放问题。

      计算机的内存总是有限的，所以，使用完一块内存，最好马上释放掉，给其它程序用。使用很简单，new 一下，一块内存就被用了。但释放就没那么简单了，因为不知道谁该来释放。打个比方，就象超市的塑料袋，厂家生产出来后，给超市，超市又给顾客，那顾客用完后是不是会妥善的把塑料袋处理掉？扔在阴沟里的塑料袋得怎么处理？

      对C/C++程序,必须仔细规划程序结构，及时的调用free()。不过，现实情况就象塑料袋一样,free()函数有时候还真不知道放哪里最合适，即保证需要的人还能用，又要确保没有人用的时候要销毁。

     

       所以java就想到自动回收内存机制

       回收的原理就象有辆垃圾车，整天都在城市里转，发现垃圾就收回来。

       首先，垃圾车得发现垃圾，基本的就是 计数法，如果某个对象 A，被B使用了，计数值就加1，不被使用了就减1。如果计数值是0，那么就回收。这个叫 计数/清理法  。 

       计数法会出现问题是，如果A引用B，B引用A，但A和B都不被主程序引用，那么A和B应该都被清理，但计数值又不是0，所以无法清理，针对这个问题，就产生了标记法。标记法从主程序的对象(root obecjt)开始找，如果某个对象（比如A)被主程序引用，那就是活的，该对象又引用其它的（比如B)，那么B也是活的。 如果C对象不被A和B引用，那么C就是死的。i活与死都做个标记，这就叫标记法 

       发现之后，就得清理，怎么清理呢？最简单的就是把内存标记为未用。这叫清理法

       简单的清理，会引起内存碎片，比如家里的冰箱，一个个格子里都塞些小零碎，现在要放整个西瓜进去，怎么办? 那就要整理，把小块的碎片集中放，腾出地方放西瓜。这叫整理法。

       如果整理东西的时候，地方有限，那小块的碎片得左腾右挪的，效率比较低，所以，最好是有块空的场地，和原来一样大，那整理起来顺手多了，所以就搞两块内存，一块内存是当前使用的，另一块内存是整理的时候用的，整理的时候把当前用的复制过去，这叫做 复制法。

        简单的复制法有个问题，内存有一半平时不用，比较浪费。经过研究发现，有大量对象生命期很短，也就是说要复制的内存其实不大。所以java 把当前使用的分配得大些，叫eden区，第一次复制的时候把eden复制到一个小块的区域，叫 survival 区。再下一次的时候，检查eden区和survival区还活着的对象，再复制到第二个survival区。所以，survial区有两块。

       这样做了后，还有个问题，有些对象要活很久，总是在 survival区复制来复制去，浪费时间，所以复制到一定次数后，被判断为长期有效对象，于是就另外再开辟一块内存，叫它老年代内存，把老年对象复制到这里去。而eden和survival叫新生代区。年老代的内存也会被清理，只是不象新生代区那么频繁，而且不会采用复制法，只采用整理法，因为没多余的内存。

        另外，java是个动态语言，运行时可以拿到类的定义信息，还可以产生动态的类，所以需要一个区域专门放类的定义 ，在JDK 8之前 叫永久代区 permanent generation ，永久代区的信息很难清理，因为不知道某个类是不是会再次被用到。而且最初sun 也只是设置了较小的区域给永久代，因为认为类在程序启动的时候都基本被确定了，不需要很大，但是因为现在的程序大量使用到动态特性，比如web程序中的jsp，就是会被动态编译，各种框架也会用到动态代理机制，所以产生了大量类放到了永久代，不小心就产生了PermGen out of memeory 错误。到了JDK 8，为了解决这个问题，取而代之的是 MetaSpace，其实MetaSpace只是放宽内存的限制，默认是无限。。。

 

       讲到这里，垃圾回收的发现与清理叫完了，接下来得讲怎么执行。也就是垃圾车多久去逛下城市，是只派一辆车吗？还是多派几辆。如果只派一辆，那就是串行执行，如果多派几辆，那么就是并行执行。

       针对 新生代和年老代，是有不同的执行者，采用的策略也有点不一样。

 

垃圾搜集器选择参数

       下面再给JVM 的参数

 

          UseSerialGC：开启此参数使用serial & serial old搜集器（client模式默认值）。

          UseParNewGC：开启此参数使用ParNew & serial old搜集器（不推荐）。

          UseConcMarkSweepGC：开启此参数使用ParNew & CMS（serial old为替补）搜集器。

          UseParallelGC：开启此参数使用parallel scavenge & parallel old搜集器（server模式默认值）。

          UseParallelOldGC：开启此参数在年老代使用parallel old搜集器（该参数在JDK1.5之后已无用）。

 

JVM各个内存区域大小相关参数

          Xms：堆的初始值。默认为物理内存的1/64，最大不超1G。

          Xmx：堆的最大值。默认为物理内存的1/4，最大不超1G。

          Xmn：新生代的大小。

          Xss：线程栈大小。

          PermSize：永久代初始大小。默认为物理内存的1/64，最大不超1G。

          MaxPermSize：永久代最大值。默认为物理内存的1/4，最大不超1G。

          NewRatio：新生代与年老代的比例。比如为3，则新生代占堆的1/4，年老代占3/4。

          SurvivorRatio：新生代中调整eden区与survivor区的比例，默认为8，即eden区为80%的大小，两个survivor分别为10%的大小。（备注：这个参数设定是讲解复制算法那一章中，解决复制算法内存减半的办法。eden区即是复制算法一章中80%的那部分，而survivor区则是两个10%的那部分。）

 

垃圾搜集器性能通用参数

          

          PretenureSizeThreshold：晋升年老代的对象大小。默认为0，比如设为10M，则超过10M的对象将不在eden区分配，而直接进入年老代。

          MaxTenuringThreshold：晋升老年代的最大年龄。默认为15，比如设为10，则对象在10次普通GC后将会被放入年老代。

          DisableExplicitGC：禁用System.gc()。

 

并行搜集器参数

 

          ParallelGCThreads：回收时开启的线程数。默认与CPU个数相等。

          GCTimeRatio：设置系统的吞吐量。比如设为99，则GC时间比为1/1+99=1%，也就是要求吞吐量为99%。若无法满足会缩小新生代大小。

          MaxGCPauseMillis：设置垃圾回收的最大停顿时间。若无法满足设置值，则会优先缩小新生代大小，仍无法满足的话则会牺牲吞吐量。

          

并发搜集器参数

 

          CMSInitiatingOccupancyFraction：触发CMS收集器的内存比例。比如60%的意思就是说，当内存达到60%，就会开始进行CMS并发收集。

          UseCMSCompactAtFullCollection：这个前面已经提过，用于在每一次CMS收集器清理垃圾后送一次内存整理。

 

          CMSFullGCsBeforeCompaction：设置在几次CMS垃圾收集后，触发一次内存整理。