第二章 Java內存區域與內存溢出異常

1、運行時數據區域

程序計數器：

• 當前線程所執行的字節碼的行號指示器，用于存放下一條需要運行的指令。
• 運行速度最快位于處理器內部。
• 線程私有。

虛擬機棧：

• 描述的是Java方法執行的內存模型，用于存放對象的引用和基本數據類型。
• 每個方法執行的時候都會創建一個棧幀（stack frame）用于存放 局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口。
• 線程私有，生命周期與線程相同。

方法棧：

• 和虛擬機棧功能類似，管理本地的方法調用。
• 虛擬機棧為虛擬機執行的Java方法的方法服務，方法棧則為虛擬機使用的本地方法的服務。

堆：

• 虛擬機最大的一塊區域，虛擬機啟動的時候創建。
• 用于存放對象的實例，所有對象實例和數據的在堆上分配內存。
• 線程共享的區域。

方法區：

• 用于存放一些類信息，常量，靜態變量和即時編譯后的代碼等數據。
• 線程共享的區域。

運行時常量池：

• 方法區的一部分，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。

直接內存：

• 不屬于運行時數據區，堆外內存。

2、HotSpot虛擬機對象探秘

對象的創建：

• 接受new關鍵字指令后，檢查指令參數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用
• 然后檢查符號引用對應的類是否已被加載、解析和初始化。如果沒有就執行。
• 類加載通過后，虛擬機為新生的對象分配內存。
• 內存分配完成后，虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化為零值。
• 虛擬機設置對象頭信息。

內存分配的方式：

• 指正碰撞，內存是規整的，所有用過的內存放在一邊，空閑的內存放在另一邊，中間放著一個指針作為分界點的指示器。
• 空閑列表，內存不規整，虛擬機維護一個列表用來記錄那些內存是可用的，分配時從中找到足夠的內存劃分給對象，并更新表記錄。

保證線程安全的方式：

• CAS，對分配的內存空間進行同步處理，采用CAS配上失敗重試的方式保證操作的原子性。
• 線程分配緩沖區，把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進行，即每個線程在Java堆中預先分配好內存。

對象的內存布局：

• 對象在內存中存儲的布局可以分為三塊區域對象頭、實例數據和對齊填充。
• 對象頭，又可以分為兩部分，第一部分存儲自身運行時數據，第二部分是類型指針
• 自身運行數據主要包括哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳。
• 類型指針即對象指向他的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。
• 實例數據，對象真正存儲的有用的有效信息，繼承父類的字段也會包含。
• 對齊填充，對象起始地址必須是8的整數倍，對齊填充起到了占位符的作用。

對象的訪問定位：

• 使用句柄的訪問方式，堆中將劃分出來一塊內存作為句柄池，reference中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址。reference中存儲的是穩定的句柄地址，如果對象被移動，reference的地址無需改變。
• 使用直接指針訪問，reference中存儲的直接就是對象的地址。直接指針訪問可以減少指針定位的時間開銷。

3、OOM異常

• Java堆溢出，Java堆用于存儲對象實例，只要不斷的創建對象，并且保證GC Root到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收，那么對象數量到達最大堆的容量限制后就會產生內存溢出異常。 package com.ecut.exception;import java.util.ArrayList; import java.util.List;/*** -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError*/ public class HeapOOM {static class OOMObject{}public static void main(String[] args) {List<OOMObject> list = new ArrayList<>();while (true){list.add(new OOMObject());}} }

  運行結果如下：

  java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space Dumping heap to java_pid6776.hprof ... Heap dump file created [28247587 bytes in 0.149 secs] Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceat java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)at com.ecut.exception.HeapOOM.main(HeapOOM.java:17)
• 虛擬機棧和本地方法棧溢出，如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常，如果虛擬機在拓展棧時無法申請到足夠的內存空間則拋出OutOfMemoryError異常。 package com.ecut.exception;/*** -Xss128k*/ public class JavaVMStackSOF {private int stackLength = 1;public void stackLeak(){stackLength++;stackLeak();}public static void main(String[] args) {JavaVMStackSOF javaVMStackSOF = new JavaVMStackSOF();try {javaVMStackSOF.stackLeak();}catch (Exception e){System.out.println("stack length :" + javaVMStackSOF.stackLength);throw e;}} }

  運行結果如下：

  Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowErrorat com.ecut.exception.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)

  創建線程導致內存溢出異常：

  package com.ecut.exception;/*** -Xss2M*/ public class JavaVMStackOOM {private void dontStop(){while(true){}}public void stackLeakByThread(){while (true){Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {dontStop();}});thread.start();}}public static void main(String[] args) {JavaVMStackOOM javaVMStackOOM = new JavaVMStackOOM();javaVMStackOOM.stackLeakByThread();} }
• 方法區和運行時常量池溢出 package com.ecut.exception;import java.util.ArrayList; import java.util.List;/*** -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M JDK 1.6 會拋出OOM異常，JDK1.7開始了去永久代*/ public class RuntimeConstantPoolOOM {public static void main(String[] args) {//使用list保持著產量池的引用，避免fullGC回收常量池的行為List<String> list = new ArrayList<>();int i = 0 ;while(true){list.add(String.valueOf(i++));}} }

  String.intern()方法如果字符串常量池中已經包含了一個等于String對象的字符串，則返回代表池中這個字符串的String對象。否則將此對象包含的字符串添加到常量池中。

  package com.ecut.exception;public class RuntimeConstantPool {public static void main(String[] args) {/*jdk1.6 intern方法會把首次遇到的字符串實例復制到永久代中，返回的也是這個永久代中的這個字符串實例的引用。StringBuilder創建的字符串實例在Java堆上，所以必然不是同一個引用jdk1.7中intern實現只是在常量池中記錄首次出現的實例引用，因此intern返回的引用和StringBuilder創建的那個字符串實例時同一個*/String s1 = new StringBuilder("計算機").append("軟件").toString();System.out.println(s1.intern() == s1);} }

  運行結果：

  true
• 本機直接內存溢出 package com.ecut.exception;import sun.misc.Unsafe;import java.lang.reflect.Field;/*** -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize = 10M*/ public class DirectMemoryOOM {private static final int _1MB = 1024*1024;public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];unsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);while (true){unsafe.allocateMemory(_1MB);}} }

  運行結果如下：

  Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryErrorat sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)at com.ecut.exception.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:18)

源碼地址：

https://github.com/SaberZheng/jvm-test

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https://www.cnblogs.com/AmyZheng/p/10504443.html

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創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎

總結

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