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JVM 内存结构

参考资料：JVM内存结构（基于JDK8）

运行时数据区（JVM 规范）

VM 栈（JVM 虚拟机栈）
- 是线程私有的，它的生命周期和线程相同。它描述的是 Java 方法执行的内存模式。
Java 堆区（Heap）
- 是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时候创建。用于存放对象实例。
方法区（Method Area）
- 也是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
- 虽然在 JVM 规范上是描述为堆的一个逻辑部分，但是它有一个别名：Non-Heap（非堆），独立于堆区之外的。JDK8 它是：Metaspace 区
  - Metaspace：主要存放：Class、Package、Method、Field、字节码、常量池、符号引用等等
- 方法区里面有一个：运行时常量池（Run-Time Constant Pool），用于存放编译期生成的各种字面量和符号应用，在类加载后进入该池存放。
本地方法栈（Native Method Stacks）
- 与虚拟机栈所发挥的作用类似，之间的区别：
  - 虚拟机栈是为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服务
  - 本地方法栈是为了虚拟机使用到 Native 方法服务。

JDK8 真实内存结构（HotSpot）

HotSpot--Java HotSpot Performance Engine，是 Java 虚拟机的一个实现，目前是 Oracle 在维护和发布。

JDK8 HotSpot 的堆内存区域结构

组成：Eden + Surviver（S0 + S1） + Old
对象生命周期：Eden > Surviver（S0 + S1） > Old
Eden:该区域是最主要的刚创建的对象的内存分配区域，绝大多数对象都会被创建到这里（除了部分大对象通过内存担保机制创建到Old区域，默认大对象都是能够存活较长时间的），该区域的对象大部分都是短时间都会死亡的，故垃圾回收器针对该部分主要采用标记整理算法了回收该区域。
Surviver:该区域也是属于新生代的区域，该区域是将在Eden中未被清理的对象存放到该区域中，该区域分为两块区域，采用的是复制算法，每次只使用一块，Eden与Surviver区域的比例是8:1，是根据大量的业务运行总结出来的规律。
Old:该区域是属于老年代，一般能够在Surviver中没有被清除出去的对象才会进入到这块区域，该区域主要是采用标记清除算法。
总结：java堆的垃圾回收是垃圾回收器最主要的光顾对象，整体采用分代收集的策略，对不同区域结合其特点采用不同的垃圾收集算法。我们在编程中也应该关注这一块区域，尽量不适用大对象，尽可能的创建局部对象，使用过后确定废弃不用的对象及时断开引用，尽量避免使用循环的对象引用（可达性分析也是比较消耗资源的）等等。

JVM内存区域的详解图

频繁GC问题或内存溢出排查流程

使用 jps，查看线程ID，假设 PID 为 12011
使用 jstat -gc PID 250 20，查看gc情况，一般比较关注PERM区的情况，查看GC的增长情况。
使用 jstat -gccause PID：额外输出上次GC原因
使用 jmap -dump:format=b,file=/opt/myHeapDumpFileName 12011，生成堆转储文件
使用 jhat 或者可视化工具（Eclipse Memory Analyzer 、IBM HeapAnalyzer）分析堆情况。
结合代码解决内存溢出或泄露问题。

死锁问题

使用 jps查看线程ID，假设 PID 为 12011
使用 jstack 12011 查看线程情况

jps

显示当前所有 java 进程 pid 的命令

16470 Jps
12011 Bootstrap

jps -v 跟：ps -ef|grep java 主要输出内容一样
12011 是我这边的一个 java 应用的 pid，下面的其他命令都是自己与此应用进行分析的

jstat（重要）

显示进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
查看类加载信息：jstat -class PID

垃圾回收统计

jstat -gc PID 250 10，每250毫秒查询一次，一共查询10次。

 S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392
34944.0 34944.0 1006.5  0.0   279616.0 235729.8  699072.0   12407.5   20736.0 20145.5 2560.0 2411.8      6    0.392   0      0.000    0.392

列含义说明：
- 34944.0 表示 34M 大小，235729.8 表示 235M
- SO + S1 + Eden = young 区 -S0C 年轻代中第一个survivor（幸存区）的容量 (字节) -S1C 年轻代中第二个survivor（幸存区）的容量 (字节) -S0U 年轻代中第一个survivor（幸存区）目前已使用空间 (字节) （字母 U 表示 used） -S1U 年轻代中第二个survivor（幸存区）目前已使用空间 (字节) （字母 U 表示 used） -EC 年轻代中Eden（伊甸园）的容量 (字节) -EU 年轻代中Eden（伊甸园）目前已使用空间 (字节)
- OC + OU = old 区 -OC Old代的容量 (字节) -OU Old代目前已使用空间 (字节)
- MC + MU = Metaspace 区
  - MC 方法区大小
  - MU 方法区使用大小
- 其他
  - CCSC 压缩类空间大小
  - CCSU 压缩类空间使用大小
  - YGC 年轻代垃圾回收次数
  - YGCT 年轻代垃圾回收消耗时间
  - FGC 老年代垃圾回收次数
  - FGCT 老年代垃圾回收消耗时间
  - GCT 垃圾回收消耗总时间

堆内存统计

jstat -gccapacity 12011 250 10，查询进程 12011 VM内存中三代（young,old,perm）对象的使用和占用大小，每250毫秒查询一次，一共查询10次。

 NGCMN    NGCMX     NGC     S0C   S1C       EC      OGCMN      OGCMX       OGC         OC       MCMN     MCMX      MC     CCSMN    CCSMX     CCSC    YGC    FGC 
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0
349504.0 1398080.0 349504.0 34944.0 34944.0 279616.0   699072.0  2796224.0   699072.0   699072.0      0.0 1067008.0  20736.0      0.0 1048576.0   2560.0      6     0

列含义说明：
- NGCMN 年轻代(young)中初始化(最小)的大小(字节)
- NGCMX 年轻代(young)的最大容量 (字节)
- NGC 年轻代(young)中当前的容量 (字节)
- S0C 年轻代中第一个survivor（幸存区）的容量 (字节)
- S1C 年轻代中第二个survivor（幸存区）的容量 (字节)
- EC 年轻代中Eden（伊甸园）的容量 (字节)
- OGCMN old代中初始化(最小)的大小 (字节)
- OGCMX old代的最大容量(字节)
- OGC old代当前新生成的容量 (字节)
- OC Old代的容量 (字节)
- MCMN 最小元数据容量
- MCMX 最大元数据容量
- MC 当前元数据空间大小
- CCSMN 最小压缩类空间大小
- CCSMX 最大压缩类空间大小
- CCSC 当前压缩类空间大小
- YGC 年轻代gc次数，从应用程序启动到采样时年轻代中gc次数
- FGC 老年代GC次数，从应用程序启动到采样时old代(全gc = Full gc次数)gc次数
更多其他参数的使用可以看：

gcutil

使用：jstat -gcutil PID 3000 10：
正常情况结果应该是这样的：

S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT
0.00   0.00  67.63  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.68  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.71  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744
0.00   0.00  67.71  38.09  78.03  68.82    124    0.966     5    0.778    1.744

S0：SO 当前使用比例
S1：S1 当前使用比例
E：Eden 区使用比例（百分比）（异常的时候，这里可能会接近 100%）
O：old 区使用比例（百分比）（异常的时候，这里可能会接近 100%）
M：Metaspace 区使用比例（百分比）（异常的时候，这里可能会接近 100%）
CCS：压缩使用比例
YGC：年轻代垃圾回收次数
FGC：老年代垃圾回收次数
FGCT：老年代垃圾回收消耗时间（Full gc耗时）（单位秒）
GCT：垃圾回收消耗总时间（单位秒）
异常的时候每次 Full GC 时间也可能非常长，每次时间计算公式=FGCT值/FGC指）
在 YGC 之前年轻代 = eden + S1；YGC 之后，年轻代 = eden + S0。
如果看到 YGC 之后 old 区空间没变，表示此次 YGC，没有对象晋升到 old 区

jmap

生成堆转储快照（heap dump）
- heap dump 主要记录了在某一时刻JVM堆中对象使用的情况，即某个时刻JVM堆的快照，是一个二进制文件，主要用于分析哪些对象占用了太对的堆空间，从而发现导致内存泄漏的对象。
堆Dump是反应Java堆使用情况的内存镜像，其中主要包括系统信息、虚拟机属性、完整的线程Dump、所有类和对象的状态等。一般，在内存不足、GC异常等情况下，我们就会怀疑有内存泄露。这个时候我们就可以制作堆Dump来查看具体情况，分析原因。
常见内存错误：
- outOfMemoryError 年老代内存不足。
- outOfMemoryError:PermGen Space 永久代内存不足。
- outOfMemoryError:GC overhead limit exceed 垃圾回收时间占用系统运行时间的98%或以上。
jmap -heap 12011，查看指定进程堆（heap）使用情况

Attaching to process ID 12011, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.151-b12

using thread-local object allocation.
Mark Sweep Compact GC

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 40
   MaxHeapFreeRatio         = 70
   MaxHeapSize              = 4294967296 (4096.0MB)
   NewSize                  = 357892096 (341.3125MB)
   MaxNewSize               = 1431633920 (1365.3125MB)
   OldSize                  = 715849728 (682.6875MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
New Generation (Eden + 1 Survivor Space):
   capacity = 322109440 (307.1875MB)
   used     = 242418024 (231.1878433227539MB)
   free     = 79691416 (75.9996566772461MB)
   75.2595217327378% used
Eden Space:
   capacity = 286326784 (273.0625MB)
   used     = 241387328 (230.20489501953125MB)
   free     = 44939456 (42.85760498046875MB)
   84.30483681191348% used
From Space:
   capacity = 35782656 (34.125MB)
   used     = 1030696 (0.9829483032226562MB)
   free     = 34751960 (33.142051696777344MB)
   2.88043458819826% used
To Space:
   capacity = 35782656 (34.125MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 35782656 (34.125MB)
   0.0% used
tenured generation:
   capacity = 715849728 (682.6875MB)
   used     = 12705280 (12.11669921875MB)
   free     = 703144448 (670.57080078125MB)
   1.774852947908084% used

7067 interned Strings occupying 596016 bytes.

jmap -histo 12011，查看堆内存(histogram)中的对象数量及大小（下面 demo 内容太多，所以选取其中一部分）
- jmap -histo:live 12011，查看堆内存(histogram)中的对象数量及大小，但是JVM会先触发gc，然后再统计信息
- jmap -dump:format=b,file=/opt/myHeapDumpFileName 12011，将内存使用的详细情况输出到文件，之后一般使用其他工具进行分析。
- 生成的文件可以用一些可视化工具（Eclipse Memory Analyzer 、IBM HeapAnalyzer）来查看

编号              个数          字节   类名
 508:             6            192  java.lang.invoke.LambdaForm$BasicType
 509:             8            192  java.lang.invoke.MethodHandleImpl$Intrinsic
 510:             8            192  java.math.RoundingMode
 511:             6            192  java.net.NetworkInterface$1checkedAddresses
 512:             6            192  java.rmi.server.UID
 513:             3            192  java.text.DateFormatSymbols
 514:             8            192  java.util.Formatter$FixedString
 515:             6            192  java.util.TreeMap$KeyIterator
 516:             8            192  java.util.regex.Pattern$Slice
 517:             8            192  jdk.net.SocketFlow$Status
 518:             6            192  net.sf.ehcache.DefaultElementEvictionData
 519:             3            192  net.sf.ehcache.store.chm.SelectableConcurrentHashMap
 520:             8            192  org.apache.logging.log4j.Level
 521:             8            192  org.apache.logging.log4j.core.appender.rolling.RolloverFrequency
 522:             4            192  org.apache.logging.log4j.core.impl.ThrowableProxy
 523:             3            192  org.apache.logging.log4j.core.layout.PatternLayout
 524:            12            192  org.apache.logging.log4j.core.util.datetime.FastDateParser$NumberStrategy
 525:             3            192  org.apache.logging.log4j.core.util.datetime.FixedDateFormat
 526:             8            192  org.apache.logging.log4j.spi.StandardLevel
 527:             2            192  sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl
 528:             4            192  sun.nio.cs.StreamEncoder
 529:             6            192  sun.reflect.generics.reflectiveObjects.TypeVariableImpl
 530:            11            176  java.text.NumberFormat$Field
 531:            11            176  java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet
 532:             2            176  javax.management.remote.rmi.NoCallStackClassLoader
 533:            11            176  org.apache.logging.log4j.core.lookup.MapLookup
 534:             8            168  [Ljava.lang.reflect.TypeVariable;
 535:             1            168  [[Ljava.math.BigInteger;

jstack（线程快照 -- CPU 负载高）

jstack命令主要用来查看Java线程的调用堆栈的，可以用来分析线程问题（如死锁）
jstack用于生成java虚拟机当前时刻的 线程快照（thread dump）。主要记录JVM在某一时刻各个线程执行的情况，以栈的形式显示，是一个文本文件。
线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。
- 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。
- 如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。
- 另外，jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中，看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态，jstack是非常有用的。
jstack 12011，查看线程情况
jstack -l 12011，除堆栈外，显示关于锁的附件信息
导出文件：jstack -l PID >> /opt/jstack-tomcat1-20180917.log
- 把占用 CPU 资源高的线程十进制的 PID 转换成 16 进制：printf "%x\n" PID，比如：printf "%x\n" 12401 得到结果是：3071
- 在刚刚输出的那个 log 文件中搜索：3071，可以找到：nid=0x3071
在线看某个线程 PID 的情况：jstack 进程ID | grep 十六进制线程ID -A 10
- -A 10 参数用来指定显示行数，否则只会显示一行信息
下面 demo 内容太多，所以选取其中一部分结构：
常见线程状态
- Runnable：正在运行的线程
- Sleeping：休眠的线程
- Waiting：等待的线程

2018-03-08 14:28:13
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.151-b12 mixed mode):

"Attach Listener" #53 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f8a34009000 nid=0x865 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Log4j2-AsyncLoggerConfig-1" #16 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c48d800 nid=0x2f0c waiting on condition [0x00007f8a4cbfe000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x00000007155e4850> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2039)
    at com.lmax.disruptor.BlockingWaitStrategy.waitFor(BlockingWaitStrategy.java:45)
    at com.lmax.disruptor.ProcessingSequenceBarrier.waitFor(ProcessingSequenceBarrier.java:56)
    at com.lmax.disruptor.BatchEventProcessor.run(BatchEventProcessor.java:124)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Wrapper-Control-Event-Monitor" #13 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c34e000 nid=0x2efc waiting on condition [0x00007f8a60314000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at org.tanukisoftware.wrapper.WrapperManager$3.run(WrapperManager.java:731)

"RMI TCP Accept-0" #11 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c32f800 nid=0x2efa runnable [0x00007f8a60619000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
    at java.net.PlainSocketImpl.socketAccept(Native Method)
    at java.net.AbstractPlainSocketImpl.accept(AbstractPlainSocketImpl.java:409)
    at java.net.ServerSocket.implAccept(ServerSocket.java:545)
    at java.net.ServerSocket.accept(ServerSocket.java:513)
    at sun.management.jmxremote.LocalRMIServerSocketFactory$1.accept(LocalRMIServerSocketFactory.java:52)
    at sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$AcceptLoop.executeAcceptLoop(TCPTransport.java:400)
    at sun.rmi.transport.tcp.TCPTransport$AcceptLoop.run(TCPTransport.java:372)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Service Thread" #7 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c0b4800 nid=0x2ef3 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread1" #6 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c0b1800 nid=0x2ef2 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread0" #5 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c0af800 nid=0x2ef1 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c0aa800 nid=0x2ef0 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=0 tid=0x00007f8a5c07b000 nid=0x2eef in Object.wait() [0x00007f8a614f4000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    - waiting on <0x00000007155e5ba8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
    at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)
    - locked <0x00000007155e5ba8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
    at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164)
    at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007f8a5c06e800 nid=0x2eed runnable 

"VM Periodic Task Thread" os_prio=0 tid=0x00007f8a5c332000 nid=0x2efb waiting on condition 

JNI global references: 281

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