JAVA的JVM的内存可分为3个区：堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)
堆区: 存储的单位、堆中存的是对象
提供所有类实例和数组对象存储区域
jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身
栈区: 运行时的单位、栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用
每个线程包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中
每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。
程序运行时永远都是在栈中进行的，参数传递时，只存在传递基本类型和对象引用的问题，不会直接传递对象本身。
方法区:
又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量。
方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。
运行时常量池都分配在 Java 虚拟机的方法区之中
垃圾回收的起点是一些根对象（java栈, 静态变量, 寄存器...）。而最简单的Java栈就是Java程序执行的main函数。这种回收方式，也是上面提到的“标记-清除”的回收方式
堆heap ： 新生代、老年代、元空间（永久代 jdk8以后被取消）
PSYoungGen 新生代（年轻代）：所有新生的对象首先放在新生代，目标是尽可能快速的收集掉那些生命周期较短的对象。新生代范围三个区：一个Eden区（伊甸园区），两个Survivor区(from和on（幸存区）总有一个是空的，纪录GC操作之后存活下来的对象，将form区的对象存到空的on区，（反之见on区的对象存到空的form区）达到一定次数（默认15次）之后还存活的，进入老年代)
老年代：在新生代记录了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到老年代中，因此老年代中存放的是一下生命周期比较长的对象。
永久代 PermGen（方法区）：永久代是HotSpot的概念，方法区是Java虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现。方法区也是所有线程共享。主要用于存储类的信息、常量池、静态文件、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”
元空间MetaSpace ：
为什么要用Metaspace替代方法区
随着动态类加载的情况越来越多，这块内存变得不太可控，如果设置小了，系统运行过程中就容易出现内存溢出，设置大了又浪费内存。
1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。
对于Java8， HotSpots取消了永久代，那么是不是也就没有方法区了呢？
当然不是，方法区是一个规范，规范没变，它就一直在。那么取代永久代的就是元空间。它可永久代有什么不同的？存储位置不同，永久代物理是是堆的一部分，和新生代，老年代地址是连续的，而元空间属于本地内存；存储内容不同，元空间存储类的元信息，静态变量和常量池等并入堆中。相当于永久代的数据被分到了堆和元空间中。
对象引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。
1、强引用:就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用，强引用环境下，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，则不会被垃圾回收
2、软引用:软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。换句话说，虚拟机在发生OutOfMemory时，肯定是没有软引用存在的。
3、弱引用:弱引用与软引用类似，都是作为缓存来使用。但与软引用不同，弱引用在进行垃圾回收时，是一定会被回收掉的，因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。
4、虚引用（PhantomReference）：此引用的对象，在触发GC时直接被GC（用的最少，类似没有引用，主要用于记录对象的销毁）
强引用不用说，我们系统一般在使用时都是用的强引用。而“软引用”和“弱引用”比较少见。他们一般被作为缓存使用，而且一般是在内存大小比较受限的情况下做为缓存。因为如果内存足够大的话，可以直接使用强引用作为缓存即可，同时可控性更高。因而，他们常见的是被使用在桌面应用系统的缓存。
思考：Java中的对象什么情况下会被回收(GC)？被谁回收？如何确定这个对象是否要被回收了。
Scavenge GC：一般情况下，新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。
Full GC：对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个对进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。以下原因可能导致Full GC:
1、老年代被写满
2、永久代被写满
3、System.gc（）被显示调用
4、上一次GC之后heap的各域分配策略动态变化
利用GC的可达性分析算法，定义一些对象为GC Roots,从GC Roots出发的引用链向下寻找，当某个对象不存在着引用时，那么虚拟机就认为该对象可以被回收了；【可以作为GC Roots的对象有：虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象；方法区中的类静态属性引用的对象；方法区中的常量引用的对象；方法区中的类静态属性引用的对象；方法区中的常量引用的对象；本地方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象】 即没有任何引用指向的时候，会被当做垃圾对象，被GC
被java虚拟机JVM的GC系统回收
当对象被可达性分析算法判断为“垃圾”的时候，还不会被立刻回收，会被第一次标记并进行一次筛选，判断该对象是否有必要执行finalize()方法，当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。(即意味着直接回收)。
触发GC操作（GC系统触发时会对内存中的对象进行可达性分析，就是检测是否还可以访问到此对象，假如不能通过任何引用访问此对象，这个对象就会被标识为垃圾）
1）手动GC,手动设置对象值为null
System.gc();
2）自动GC（满足GC条件时或者说内存使用达到一定的GC启动标准）
当小对象分配在栈内存上时，不需要GC也会被回收处理
通过jvm参数检测是否触发GC ：-XX:+PrintGCDetails
finalize方法会在对象GC回收之前执行，可以对对象的回收进行监控
新生代一般用复制算法，老年代一般用标记清除或标记整理算法
判断对象可以GC：
1、可达性分析：定义一些对象为GC Roots,从GC Roots出发的引用链向下寻找，当某个对象不存在着引用时，那么虚拟机就认为该对象可以被回收了；【可以作为GC Roots的对象有：虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象；方法区中的类静态属性引用的对象；方法区中的常量引用的对象；方法区中的类静态属性引用的对象；方法区中的常量引用的对象；本地方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象】
2、引用计数：对象有一个引用，就增加一个计数；删除一个引用就减少一个计数，垃圾回收时，只回收计数为0的对象。无法处理循环引用的问题。
垃圾回收算法：
1、标记清除：算法执行分两阶段，第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。
2、复制：此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍内存空间。
3、标记整理：此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
4、G1算法：回收步骤：
4.1、初始标记
4.2、并发标记
4.3、最终标记暂停
4.4、存活对象计算及清除
常见配置汇总
堆设置
-Xms:初始堆大小
-Xmx:最大堆大小
-XX:NewSize=n:设置年轻代大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。
调优总结
1、年轻代大小选择
响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。
吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。
2、年老代大小选择
响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：
2.1、并发垃圾收集信息
2.2、持久代并发收集次数
2.3、传统GC信息
2.4、花在年轻代和年老代回收上的时间比例，减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率
3、吞吐量优先的应用
一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。
4、较小堆引起的碎片问题
因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。
- -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩
JVM调优工具：
Jconsole : jdk自带，功能简单，但是可以在系统有一定负荷的情况下使用。对垃圾回收算法有很详细的跟踪。
JProfiler：商业软件，需要付费。功能强大。
VisualVM：JDK自带，功能强大，与JProfiler类似。推荐。
如何调优？
观察内存释放情况、集合类检查、观察树
堆信息查看：
可查看堆空间大小分配（年轻代、年老代、持久代分配）
提供即时的垃圾回收功能
垃圾监控（长时间监控回收情况）
查看堆内类、对象信息查看：数量、类型等：
对象引用情况查看：
有了堆信息查看方面的功能，我们一般可以顺利解决以下问题：
年老代年轻代大小划分是否合理
内存泄漏
垃圾回收算法设置是否合理
内存泄漏检查
内存泄漏是比较常见的问题，而且解决方法也比较通用，这里可以重点说一下，而线程、热点方面的问题则是具体问题具体分析了。
内存泄漏一般可以理解为系统资源（各方面的资源，堆、栈、线程等）在错误使用的情况下，导致使用完毕的资源无法回收（或没有回收），从而导致新的资源分配请求无法完成，引起系统错误。
内存泄漏对系统危害比较大，因为他可以直接导致系统的崩溃。
需要区别一下，内存泄漏和系统超负荷两者是有区别的，虽然可能导致的最终结果是一样的。内存泄漏是用完的资源没有回收引起错误，而系统超负荷则是系统确实没有那么多资源可以分配了（其他的资源都在使用）。
年老代堆空间被占满
异常： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
说明：
这是最典型的内存泄漏方式，简单说就是所有堆空间都被无法回收的垃圾对象占满，虚拟机无法再在分配新空间。
如上图所示，这是非常典型的内存泄漏的垃圾回收情况图。所有峰值部分都是一次垃圾回收点，所有谷底部分表示是一次垃圾回收后剩余的内存。连接所有谷底的点，可以发现一条由底到高的线，这说明，随时间的推移，系统的堆空间被不断占满，最终会占满整个堆空间。因此可以初步认为系统内部可能有内存泄漏。（上面的图仅供示例，在实际情况下收集数据的时间需要更长，比如几个小时或者几天）
解决：
这种方式解决起来也比较容易，一般就是根据垃圾回收前后情况对比，同时根据对象引用情况（常见的集合对象引用）分析，基本都可以找到泄漏点。
持久代被占满
异常：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
说明：
Perm空间被占满。无法为新的class分配存储空间而引发的异常。这个异常以前是没有的，但是在Java反射大量使用的今天这个异常比较常见了。主要原因就是大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。
更可怕的是，不同的classLoader即便使用了相同的类，但是都会对其进行加载，相当于同一个东西，如果有N个classLoader那么他将会被加载N次。因此，某些情况下，这个问题基本视为无解。当然，存在大量classLoader和大量反射类的情况其实也不多。
解决：
1、-XX:MaxPermSize=16m
2、换用JDK。比如JRocket。
堆栈溢出
异常：java.lang.StackOverflowError
说明：这个就不多说了，一般就是递归没返回，或者循环调用造成
线程堆栈满
异常：Fatal: Stack size too small
说明：java中一个线程的空间大小是有限制的。JDK5.0以后这个值是1M。与这个线程相关的数据将会保存在其中。但是当线程空间满了以后，将会出现上面异常。
解决：增加线程栈大小。-Xss2m。但这个配置无法解决根本问题，还要看代码部分是否有造成泄漏的部分。
系统内存被占满
异常：java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
说明：
这个异常是由于操作系统没有足够的资源来产生这个线程造成的。系统创建线程时，除了要在Java堆中分配内存外，操作系统本身也需要分配资源来创建线程。因此，当线程数量大到一定程度以后，堆中或许还有空间，但是操作系统分配不出资源来了，就出现这个异常了。
分配给Java虚拟机的内存愈多，系统剩余的资源就越少，因此，当系统内存固定时，分配给Java虚拟机的内存越多，那么，系统总共能够产生的线程也就越少，两者成反比的关系。同时，可以通过修改-Xss来减少分配给单个线程的空间，也可以增加系统总共内生产的线程数。
解决：
1、重新设计系统减少线程数量。
2、线程数量不能减少的情况下，通过-Xss减小单个线程大小。以便能生产更多的线程。
新生代一般采用复制算法
复制算法：将内存按容量划分为两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完了，就将存活的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样使得每次都是对半内存区回收，也不用考虑内存碎片问题。缺点：需要两倍的内存空间。
老年代采用标记清除算法、标记整理算法
标记清除算法：GC分为两个阶段，首先标记所有可回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。同时产生不连续的内存碎片。碎片过多会导致以后程序运行时需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存，而不得已再次出发GC。
标记整理算法：也分为两个阶段，首先标记可回收的对象，再将存活的对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。