堆與內存優化
今天測了一個項目的數據自動整理功能，對數據庫中幾萬條記錄及圖片進行整理操作，運行接近到最後，爆出了java.lang.outOfMemoryError，java heap space方面的錯誤，以前寫程序很少遇到這種內存上的錯誤，因為java有垃圾回收器機制，就一直沒太關注。今天上網找了點資料，在此基礎上做了個整理。
一、堆和棧
堆―用new建立，垃圾回收器負責回收
1、程序開始運行時，JVM從OS獲取一些內存，部分是堆內存。堆內存通常在存儲地址的底層，向上排列。
2、堆是一個"運行時"數據區，類實例化的對象就是從堆上去分配空間的；
3、在堆上分配空間是通過"new"等指令建立的，堆是動態分配的內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器；
4、與C++不同的是，Java自動管理堆和棧，垃圾回收器可以自動回收不再使用的堆內存；
5、缺點是，由於要在運行時動態分配內存，所以內存的存取速度較慢。
棧―存放基本類型和引用類型，速度快
1、先進後出的數據結構,通常用於保存方法中的參數,局部變量；
2、在java中,所有基本類型（short,int, long, byte, float, double,boolean, char）和引用類型的變量都在棧中存儲；
3、棧中數據的生存空間一般在當前scopes內(由{...}括起來的區域；
4、棧的存取速度比堆要快，僅次於直接位於CPU中的寄存器；
5、棧中的數據可以共享，多個引用可以指向同一個地址；
6、缺點是，棧的數據大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。
二、內存設置
1、查看虛擬機內存情況
long maxControl = Runtime.getRuntime().maxMemory();//獲取虛擬機可以控制的最大內存數量long currentUse = Runtime.getRuntime().totalMemory();//獲取虛擬機當前已使用的內存數量
默認情況下，java虛擬機的maxControl=66650112B=63.5625M;
什麼都不做的情況，在我的機子上測得的currentUse=5177344B=4.9375M;
2、設置內存大小的命令
-Xms<size> set initial Java heap size :設置JVM初始化堆內存大小；此值可以設置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成後JVM重新分配內存。
-Xmx<size> set maximum Java heap size:設置JVM最大的堆內存大小；
-Xmn<size>：設置年輕代大小,整個堆大小=年輕代大小+ 年老代大小+ 持久代大小。
-Xss<size> set java thread stack size：設置JVM線程棧內存大小；
3、具體操作（1）JVM內存設置：
打開MyEclipse(Eclipse) window－preferences－Java －Installed JREs －Edit －Default VM Arguments
在VM自變量中輸入：-Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -Xss16m
（2）IDE內存設置：
在MyEclipse根目錄下的myeclipse.ini(或Eclipse根目錄下的eclipse.ini)中修改-vmargs 下的配置：
（3）Tomcat內存設置
打開Tomcat根目錄下的bin文件夾，編輯catalina.bat
修改為：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx512m
三、Java堆中的OutOfMemoryError錯誤分析
當JVM啟動時，使用了-Xms 參數設置的堆內存。當程序繼續進行，創建更多對象，JVM開始擴大堆內存以容納更多對象。 JVM也會使用垃圾回收器來回收內存。當快達到-Xmx設置的最大堆內存時，如果沒有更多的內存可被分配給新對象的話，JVM就會拋出java.lang.outofmemoryerror，程序就會宕掉。在拋出OutOfMemoryError之前，JVM會嘗試著用垃圾回收器來釋放足夠的空間，但是發現仍舊沒有足夠的空間時，就會拋出這個錯誤。為了解決這個問題，需要清楚程序對象的信息，例如，你創建了哪些對象，哪些對象佔用了多少空間等等。可以使用profiler或者堆分析器來處理OutOfMemoryError錯誤。 "java.lang.OutOfMemoryError： Java heap space”表示堆沒有足夠的空間了，不能繼續擴大了。 "java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space”表示permanent generation已經裝滿了，你的程序不能再裝載類或者再分配一個字符串了。
四、堆和垃圾回收
我們知道對象創建在堆內存中，垃圾回收這樣一個進程，它將已死對象清除出堆空間，並將這些內存再還給堆。為了給垃圾回收器使用，堆主要分成三個區域，分別叫作New Generation，Old Generation或叫Tenured Generation，以及Perm space。 New Generation是用來存放新建的對象的空間，在對像新建的時候被使用。如果長時間還使用的話，它們會被垃圾回收器移動到Old Generation（或叫Tenured Generation）。 Perm space是JVM存放Meta數據的地方，例如類，方法，字符串池和類級別的詳細信息。
五、總結：
1、Java堆內存是操作系統分配給JVM的內存的一部分。
2、當我們創建對象時，它們存儲在Java堆內存中。
3、為了便於垃圾回收，Java堆空間分成三個區域，分別叫作New Generation， Old Generation或叫作Tenured Generation，還有Perm Space。
4、你可以通過用JVM的命令行選項-Xms， -Xmx， -Xmn來調整Java堆空間的大小。
5、可以用JConsole或者Runtime.maxMemory(),Runtime.totalMemory(),Runtime.freeMemory()來查看Java中堆內存的大小。
6、可以使用命令“jmap”來獲得heap dump，用“jhat”來分析heap dump。
7、Java堆空間不同於棧空間，棧空間是用來儲存調用棧和局部變量的。
8、Java垃圾回收器是用來將死掉的對象（不再使用的對象）所佔用的內存回收回來，再釋放到Java堆空間中。
9、當遇到java.lang.outOfMemoryError時，不必緊張，有時候僅僅增加堆空間就可以了，但如果經常出現的話，就要看看Java程序中是不是存在內存洩露了。
10、使用Profiler和Heap dump分析工具來查看Java堆空間，可以查看給每個對象分配了多少內存。
棧存儲詳解
Java棧存儲具有以下幾個特點：
一、存在棧中的數據大小和生命週期必須是確定的。
如基本類型的存儲：int a = 1; 這種變量存的是字面值，a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。這些字面值的數據，由於大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程序塊裡面，程序塊退出後，字面值就消失了)，出於追求速度的原因，就存在於棧中。
二、存在棧中的數據可以共享。
(1)、基本類型數據存儲：
如：
int a = 3; int b = 3；
編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創建一個變量為a的引用，然後查找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開闢一個存放3這個字面值的地址，然後將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創建完b的引用變量後，由於在棧中已經有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。
注意：這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變量修改了這個對象的內部狀態，那麼另一個對象引用變量也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修改其值，不會導致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a 與b的值後，再令a=4；那麼，b不會等於4，還是等於3。在編譯器內部，遇到a=4；時，它就會重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒有，重新開闢地址存放4的值；如果已經有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。
(2)、包裝類數據存儲：
如Integer, Double, String等將相應的基本數據類型包裝起來的類。這些類數據全部存在於堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據需要動態創建，因此比較靈活，但缺點是要佔用更多的時間。
如：以String為例。
String是一個特殊的包裝類數據。即可以用String str = new String("abc");的形式來創建，也可以用String str = "abc"；的形式來創建。前者是規範的類的創建過程，即在Java中，一切都是對象，而對像是類的實例，全部通過new()的形式來創建。 Java 中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新創建的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的實例，只不過這個實例是在該類內部通過new()來創建的，而getInstance()向外部隱藏了此細節。
那為什麼在String str = "abc"；中，並沒有通過new()來創建實例，是不是違反了上述原則？其實沒有。
關於String str = "abc"的內部工作。 Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟：
a、先定義一個名為str的對String類的對象引用變量：String str；
b、在棧中查找有沒有存放值為"abc"的地址，如果沒有，則開闢一個存放字面值為"abc"的地址，接著創建一個新的String類的對象O，並將O的字符串值指向這個地址，而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象O。如果已經有了值為"abc"的地址，則查找對象O，並返回O的地址。
c、將str指向對象O的地址。
值得注意的是，通常String類中字符串值都是直接存值的。但像String str = "abc"；這種場合下，其字符串值卻是保存了一個指向存在棧中數據的引用（即：String str = "abc"；既有棧存儲，又有堆存儲）。
為了更好地說明這個問題，我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。
String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //true
（只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。str1與str2是否都指向了同一個對象）
結果說明，JVM創建了兩個引用str1和str2，但只創建了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。
String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; str1 = "bcd"; System.out.println(str1 + "," + str2); //bcd, abc System.out.println(str1==str2); //false
這就是說，賦值的變化導致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象，而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當我們將str1的值改為"bcd"時，JVM發現在棧中沒有存放該值的地址，便開闢了這個地址，並創建了一個新的對象，其字符串的值指向這個地址。
事實上，String類被設計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據新值悄悄創建了一個新對象（沒法在原來內存的基礎上改變其值），然後將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個創建過程雖說是完全自動進行的，但它畢竟佔用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中，會帶有一定的不良影響。
String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; str1 = "bcd"; String str3 = str1; System.out.println(str3); //bcd String str4 = "bcd"; System.out.println(str1 == str4); //true
str3這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3並沒有創建新對象)。當str1改完其值後，再創建一個String的引用str4，並指向因str1修改值而創建的新的對象。可以發現，這回str4也沒有創建新的對象，從而再次實現棧中數據的共享。
String str1 = new String("abc"); String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //false創建了兩個引用。創建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。
String str1 = "abc"; String str2 = new String("abc"); System.out.println(str1==str2); //false創建了兩個引用。創建了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。
以上兩段代碼說明，只要是用new()來新建對象的，都會在堆中創建，而且其字符串是單獨存值的，即使與棧中的數據相同，也不會與棧中的數據共享。
總結：
(1)我們在使用諸如String str = "abc"；的格式定義類時，總是想當然地認為，我們創建了String類的對象str。擔心陷阱！對象可能並沒有被創建！唯一可以肯定的是，指向String類的引用被創建了。至於這個引用到底是否指向了一個新的對象，必鬚根據上下文來考慮，除非你通過new()方法來顯要地創建一個新的對象。因此，更為準確的說法是，我們創建了一個指向String類的對象的引用變量str，這個對象引用變量指向了某個值為"abc"的String類。清醒地認識到這一點對排除程序中難以發現的bug是很有幫助的。
(2)使用String str = "abc"；的方式，可以在一定程度上提高程序的運行速度，因為JVM會自動根據棧中數據的實際情況來決定是否有必要創建新對象。而對於String str = new String("abc")；的代碼，則一概在堆中創建新對象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要創建新對象，從而加重了程序的負擔。
(3)由於String類的immutable性質（因為包裝類的值不可修改），當String變量需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程序效率。