最近排查一个线上java服务常驻内存异常高的问题，大概现象是：java堆Xmx配置了8G，但运行一段时间后常驻内存RES从5G逐渐增长到13G #补图#，导致机器开始swap从而服务整体变慢。
由于Xmx只配置了8G但RES常驻内存达到了13G，多出了5G堆外内存，经验上判断这里超出太多不太正常。

前情提要–JVM内存模型

开始逐步对堆外内存进行排查，首先了解一下JVM内存模型。根据JVM规范，JVM运行时数据区共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。


• 虚拟机栈：每个线程有一个私有的栈，随着线程的创建而创建。栈里面存着的是一种叫“栈帧”的东西，每个方法会创建一个栈帧，栈帧中存放了局部变量表（基本数据类型和对象引用）、操作数栈、方法出口等信息。栈的大小可以固定也可以动态扩展。当栈调用深度大于JVM所允许的范围，会抛出StackOverflowError的错误，不过这个深度范围不是一个恒定的值。虚拟机栈除了上述错误外，还有另一种错误，那就是当申请不到空间时，会抛出 OutOfMemoryError。
• 本地方法栈：与虚拟机栈类似，区别是虚拟机栈执行java方法，本地方法站执行native方法。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方法与数据结构没有强制规定，因此虚拟机可以自由实现它。本地方法栈也可以抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。
• PC 寄存器，也叫程序计数器。可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多内核来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，我们称这类内存区域为“线程私有”内存。倘若当前线程执行的是 JAVA 的方法，则该寄存器中保存当前执行指令的地址；倘若执行的是native 方法，则PC寄存器中为空。
• 堆内存。堆内存是 JVM 所有线程共享的部分，在虚拟机启动的时候就已经创建。所有的对象和数组都在堆上进行分配。这部分空间可通过 GC 进行回收。当申请不到空间时会抛出 OutOfMemoryError。
• 方法区也是所有线程共享。主要用于存储类的信息、常量池、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据。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”。
   

前情提要–PermGen（永久代）和 Metaspace（元空间）

PermGen space 和 Metaspace是HotSpot对于方法区的不同实现。在Java虚拟机（以下简称JVM）中，类包含其对应的元数据，比如类名,父类名,类的类型,访问修饰符,字段信息,方法信息,静态变量,常量,类加载器的引用,类的引用。在HotSpot JDK 1.8之前这些类元数据信息存放在一个叫永久代的区域（PermGen space），永久代一段连续的内存空间。在JDK 1.8开始，方法区实现采用Metaspace代替，这些元数据信息直接使用本地内存来分配。元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

堆外内存

java 8下是指除了Xmx设置的java堆（java 8以下版本还包括MaxPermSize设定的持久代大小）外，java进程使用的其他内存。主要包括：DirectByteBuffer分配的内存，JNI里分配的内存，线程栈分配占用的系统内存，jvm本身运行过程分配的内存，codeCache，java 8里还包括metaspace元数据空间。