摘要：
本文主要介绍JVM的内存结构，包含程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区和直接内存等核心组件。程序计数器记录指令执行地址；虚拟机栈存储方法调用信息；堆存放对象实例，涉及垃圾回收；方法区（元空间）存储类信息；直接内存用于高效I/O操作。JVM通过线程私有区和共享区的设计平衡性能与安全，同时提供内存溢出检测和调优机制。StringTable作为字符串常量池优化内存使用，而直接内存则通过Unsafe类管理，提升I/O性能。理解JVM内存结构有助于诊断性能问题和优化Java应用。
一，概念
1，什么是jvm？
jvm是Java二进制字节码的运行环境
2，jvm有什么好处
（1）一次编写，到处运行，跨平台
（2）自动的内存管理，垃圾回收功能
（3）数组下标越界检查，抛出异常
3，jvm，jre和jdk之间的关系
二，jvm内存结构
1，程序计数器（物理上采用寄存器实现）
记录下一条jvm指令（由Java代码编译的二进制字节码构成）的执行地址，是对物理上的寄存器的抽象实现。
程序执行顺序：Java代码-->二进制字节码（jvm指令）-->解释器-->机器码-->cpu
（1）线程私有的，每个不同的线程都有自己的程序计数器
（2）不会存在内存溢出
2，虚拟机栈
每个线程运行时所需要的总内存，称为虚拟机栈，每个栈对应多个栈帧，每一个栈帧都是一次方法调用，栈帧的内存大小由方法的变量/局部变量决定，方法结束栈帧就会被释放，每个线程运行时都会有一个初始的活动栈帧。
（1）方法内的局部变量是否线程安全？
如果方法内的局部变量没有逃离方法的作用访问，那么就是线程安全的
如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，就要考虑线程安全，如：方法形参传递等
（2）内存溢出
栈帧过多导致内存溢出，例如：方法递归
栈帧过大，直接将整个栈占满（少见）
（3）线程诊断
top定位哪个进程对cpu占用过高。
ps H -eo pid,tid,%cpu（进程id，线程id，cpu占用率）| grep 进程id，进一步确定哪个线程对cpu占用过高。
jstack 进程id命令，根据线程id（16进制）进一步定位其中有问题的线程，甚至于问题代码。
3，本地方法栈（native method stacks）
为本地的一些方法调用提供内存空间，这些方法大多数都是与操作系统交互的方法，底层由C/C++实现，需要单独分配空间。
4，堆（Heap）
通过new关键字创建的对象和数组都会存入堆中，它是线程共享的，需要考虑线程安全问题，同时它还有垃圾回收机制，用于清理废弃的对象
堆内存溢出（java.lang.OutOfMemoryError：Heap）
- 内存泄漏：程序不正确地持续持有对象引用，导致垃圾回收无法回收这些对象，从而堆逐渐耗尽。
- 对象太大：请求分配的对象或数组太大，超出了堆的最大容量。
- 堆设置过小：JVM运行参数中堆的大小设置太小，不足以满足程序需求。
5，方法区（1.8以后）
将原来jvm内存结构中的属于方法区的类信息、类加载器和常量池整合到元空间，放入到操作系统的本地内存中，其大小和物理的内存相关
元空间内存溢出（java.lang.OutOfMemoryError：MetaSpace）
过多的类进行加载可能导致元空间内存溢出，例如：spring和mybaties等，都会动态地加载繁多的动态代理类，就有可能导致内存溢出，但是自1.8更改到元空间后，其内存因为直接与系统内存大小相关，极少出现元空间内存溢出。
6，常量池
本质就是给jvm指令提供一些常量符号引用的表，通过这些引用在常量池中找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息
例如：根据#2查表，就会得到java.lang下的System.out，out的类型java.io.PrintStream
7，StringTable（HashTable结构，值唯一且不能扩容）
StringTable 是一个哈希表或者类似的存储结构，用于缓存和存储所有在Class文件中或运行时创建的字符串对象。
例如：String s = "a"，当a符号变为Java字符串对象时，先在StringTable中查找，没有相同的就会将“a”对象加入StringTable["a","b".....] 中
（1）Stringtable添加规则（与堆中的对象要分清）
（2）垃圾回收
当StringTable因为分配过多对象导致空间不足时会触发垃圾回收，根据垃圾回收算法将“无用的”对象回收
（3）调优
如果数据较多，增大-XX:StringTableSize=...值，避免Hash碰撞增加查找速度，提升性能
通过instern()使字符串入串池，减少重复字符串的个数对内存的占用
三，直接内存（直接使用unsafe进行回收）
1，常见于NIO操作时，用于数据缓冲区
2，分配回收成本高，但是读写性能也非常高
3，不受JVM内存回收管理（底层由unsafe对象进行获取和释放）
补充；回收过程简单来说就是byteBuffer对象被垃圾回收后，根据虚引用的垃圾回收机制，会自动触发Cleaner虚引用对象的Cleaner方法，这个方法会执行对应的任务对象-->unsafe释放直接内存（由后台线程执行，而非主线程）
