Java與C++之間有一堵由內存動態(tài)分配和垃圾收集技術所圍成的高墻，墻外面的人想進來，墻里面的人卻想出來。

不知道其他人想出來沒，反正我是沒想出來，為什么這個JVM的運行時內存要這樣設計?。

以下內容中，Java虛擬機(JVM)特指HotSpot虛擬機。

JVM啟動后，整體來看，會把向操作系統(tǒng)申請到的內存空間分成這樣幾個部分：

程序計數(shù)器區(qū)

虛擬機棧

本地方法棧

堆

方法區(qū)

它們在《Java虛擬機規(guī)范》中都有相關規(guī)定和說明，只是有的區(qū)域具體實現(xiàn)細節(jié)根據(jù)Java虛擬機實現(xiàn)者來決定，《Java虛擬機規(guī)范》不做強行要求，例如方法區(qū)。下面對這幾個部分進行詳細敘述，在敘述過程中，需要不斷參考下面這個示意圖來幫助理解。

Java運行時內存布局

文中示例程序來自
《深入理解Java虛擬機》
周志明·著
如有雷同，不是巧合 ?

1. 程序計數(shù)器區(qū)(Program Counter Register)

這個區(qū)域內容指向當前線程所執(zhí)行字節(jié)碼行號，是線程私有區(qū)域。和操作系統(tǒng)里面的PC指針類似，只不過這個PC指針指向當前執(zhí)行的字節(jié)碼行號，操作系統(tǒng)的指針指向下一條執(zhí)行的指令地址。

需要額外注意的是，如果當前線程在執(zhí)行Java程序，那么如上所述指向字節(jié)碼行號，如果執(zhí)行的是Native方法，那么這個區(qū)域是空(Undefined)的。

該區(qū)域也是唯一一個《Java虛擬機規(guī)范》里面沒有 OutOfMemoryError 錯誤的定義的區(qū)域。

2. Java虛擬機棧(VM Stack)

該區(qū)域的內容是Java方法執(zhí)行的線程內存模型，具體來說，存放的是棧幀，在棧幀中，存放了局部變量表、操作數(shù)棧等信息，當一個方法被調用時，就會創(chuàng)建一個棧幀來記錄信息，方法從被調用到返回的過程，也就對應了棧幀從入棧(虛擬機棧)到出棧的過程。顯而易見，這個區(qū)域必須是線程私有的，否則就混亂了呀?。

這個區(qū)域在《Java虛擬機規(guī)范》中，詳細定義了以下內容：

如果線程所創(chuàng)建的棧幀個數(shù)大于虛擬機所允許的個數(shù)，那么拋出 StackOverflowError 異常。

如果在創(chuàng)建棧幀的過程中，因為內存不足所失敗了，則會拋出 OutOfMemoryError 異常。

2.1 虛擬機棧異常示例程序

/**
?*?VM?Args:?-Xss128k
?*?-Xss:?減小棧內存容量
?*?虛擬機棧和本地方法棧測試，拋出?StackOverflow?異常
?*/
public?class?JavaVMStackSOF?{
????private?int?stackLength?=?1;

????public?void?stackLeak()?{
????????stackLength++;
????????stackLeak();
????}

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?Throwable?{
????????JavaVMStackSOF?oom?=?new?JavaVMStackSOF();
????????try?{
????????????oom.stackLeak();
????????}?catch?(Throwable?e)?{
????????????System.out.println("Stack?length:?"?+?oom.stackLength);
????????????throw?e;
????????}
????}
}

對于 OutOfMemoryError 就需要格外小心了，程序如下：

/**
?*?！！?需要先保存當前系統(tǒng)的工作，因為這個程序比較危險。
?*?可能會造成系統(tǒng)假死或者其他異常(甚至強制重啟才可以使用)。
?*?

?*?VM?Args:?-Xss2m
?*?-Xss:?減少棧內存容量
?*?使用線程來制造內存溢出異常
?*/

public?class?JavaVMStackOOM?{
????private?void?dontStop()?{?while?(true)?{}?}

????public?void?stackLeakByThread()?{
????????while?(true)?{
????????????Thread?thread?=?new?Thread(new?Runnable()?{
????????????????public?void?run()?{?dontStop();?}
????????????});
????????????thread.start();
????????}
????}

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????JavaVMStackOOM?oom?=?new?JavaVMStackOOM();
????????oom.stackLeakByThread();
????}
}

3. 本地方法棧(Native Method Stack)

本地方法?！袄淄碧摂M機棧的功能，唯一的區(qū)別在于前者記錄的是本地方法的執(zhí)行記錄，后者是Java程序的執(zhí)行記錄。

因為這個區(qū)域在《Java虛擬機規(guī)范》中并沒有詳細規(guī)定本地方法的實現(xiàn)語言和數(shù)據(jù)結構，所以虛擬機可以根據(jù)自己需要來進行擴展。只不過，在HotSpot虛擬機中，是把虛擬機棧和本地方法棧統(tǒng)一放到一起了的。

在可能拋出的異常類型上，和虛擬機棧一樣樣：

如果線程所創(chuàng)建的棧幀個數(shù)大于虛擬機所允許的個數(shù)，那么拋出 StackOverflowError 異常。

如果在創(chuàng)建棧幀的過程中，因為內存不足所失敗了，則會拋出 OutOfMemoryError 異常。

4. 堆(Heap)

此堆非彼堆，不是同一堆?。上篇文章說到的《探索STL：堆數(shù)據(jù)結構及算法》，和這里的堆完全不是同一個概念。更何況，這個堆是Java虛擬機的東西，那個是C++的東西，兩個混淆了不大好吧?。

Java堆可以說是整個Java虛擬機中最靈活的地方了，也是最值得研究的地方了，目前好多研究都是圍繞這個區(qū)域的垃圾收集(Garbage Collection, GC)展開的。這個區(qū)域在Java虛擬機啟動之初就創(chuàng)建好了，給所有線程共享使用，這里存放的唯一內容就是對象實例，拿《Java虛擬機規(guī)范》中的描述來說就是：

The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated.

這一塊內存是設計成可擴展的，使用參數(shù) -Xmx 和 -Xms 來設定允許的最大內存和允許的最小內存。當內存不夠完成實例的創(chuàng)建也不能完成內存擴展時，將會拋出 OutOfMemoryError 異常。

4.1 堆內存溢出程序示例

import?java.util.ArrayList;
import?java.util.List;
/**
?*?-Xms?設置最小值
?*?-Xmx?設置最大值
?*?-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError??當出現(xiàn)內存溢出異常時，Dump出當前的內存轉儲快照
?*?VM?Args:?-Xms20m?-Xmx20m?-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
?*?

?*?堆內存溢出異常測試
?*/

class?HeapOOM?{
????static?class?OOMObject?{}
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????List?list?=?new?ArrayList();while?(true)?{
????????????list.add(new?OOMObject());
????????}
????}
}

5. 方法區(qū)(Method Area)

這個區(qū)域也是線程共享區(qū)域，里面存放了被虛擬機加載進來的：

• 類信息
• 常量、靜態(tài)變量
• 即時編譯后的程序

需要注意的是在這里有一個版本分歧，JDK6及以前的版本，方法區(qū)使用分代設計來實現(xiàn)該區(qū)域，但是JDK7就開始不一樣了，首先是在JDK7吧放在永久代的字符串常量池、靜態(tài)變量移出到了本地內存中，到了JDK8，徹底將方法區(qū)的分代設計拋棄了，換成了使用本地內存實現(xiàn)的“元空間”代替。

這個空間在不能滿足新的內存分配需求時，拋出 OutOfMemoryError 異常。

4.1 方法區(qū)內存溢出示例程序

import?net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import?net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import?net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

import?java.lang.reflect.Method;

/**
?*?VM?Args:?-XX:PermSize=10m?-XX:MaxPermSize=10m?-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
?*?上面這個設置是沒用的，因為從JDK8開始，HotSpot虛擬機就沒有了永久代這么一說，變成了元空間可通過這樣設置來實現(xiàn)：
?*?VM?Args:?-XX:MaxMetaspaceSize=10m
?*?-XX:MaxMetaspaceSize=10m?設置最大元空間，默認是-1，即不設置大小(受限于本地)
?*?-XX:MetaspaceSize=10m????設置元空間的初始空間大小，以字節(jié)為單位，如果達到了該值，就會觸發(fā)垃圾收集，并且會調整元空間的大小
?*?-XX:MinMetaspaceFreeRatio
?*?報錯為：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
?*/
public?class?JVMMethodAreaOOM?{
????static?class?OOMObject?{}

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????while?(true)?{
????????????Enhancer?enhancer?=?new?Enhancer();
????????????enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
????????????enhancer.setUseCache(false);
????????????enhancer.setCallback(new?MethodInterceptor()?{
????????????????public?Object?intercept(Object?o,?Method?method,?Object[]?objects,?MethodProxy?methodProxy)?throws?Throwable?{
????????????????????return?methodProxy.invokeSuper(o,?objects);
????????????????}
????????????});
????????????enhancer.create();
????????}
????}
}

5.1 運行時常量池(Runtime Constant Pool)

這是一個神奇的區(qū)域?

首先它是方法區(qū)的一個部分，在類文件中有一部分內容是常量池表，這部分內容存放了在編譯器生成的字面量和符號引用，在類加載后放到方法區(qū)的運行時常量中。

運行時常量池具備動態(tài)特性，也就是說可以將運行期產生的常量放到池子中，例如 String.intern() 方法。

同方法區(qū)異常一樣，在內存申請不足的時候，會拋出 OutOfMemoryError 異常。

5.1.1 運行時常量池異常示例程序

import?java.util.HashSet;
import?java.util.Set;
/**
?*?VM?Args:?-Xmx2m
?*?因為JDK8已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移到了?Java堆?中，
?*?所以限制了堆大小之后，會模擬出來堆內存溢出異常
?*/
public?class?RuntimeConstantPoolOOM?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Set?set?=?new?HashSet();short?i?=?0;while?(true)?{
????????????set.add(String.valueOf(i++).intern());
????????}
????}
}

6. 直接內存(Direct Memory)

如果查《Java虛擬機規(guī)范》，并不能夠找到這部分內容，也就是說它并不是虛擬機的一部分，但是這部分內容經(jīng)常被使用到，舉個例子：JDK1.4之后出現(xiàn)的NIO(New Input/Output)，記起來了吧？?這個基于緩沖區(qū)(Buffer)和通道(Channel)的I/O模型。使用本地函數(shù)直接分配堆外內存，然后通過 DirectByteBuffer 對象作為申請到的堆外內存引用，可以省去在Java堆和本地內存中來回復制數(shù)據(jù)。

很明顯，既然不屬于Java虛擬機的范疇，自然也就不會被Java虛擬機大小所限制，不過，仍然要受到本機內存的限制。當內存申請失敗時，會拋出 OutOfMemoryError 異常。

6.1 直接內存異常示例程序

import?sun.misc.Unsafe;
import?java.lang.reflect.Field;
/**
?*?VM?Args:?-Xmx20m?-XX:MaxDirectMemorySize=10m
?*?-XX:MaxDirectMemorySize??設置最大直接內存，默認是和Java堆保持一致
?*/
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);
????????}
????}
}

---

好了，圖里面出現(xiàn)的各個區(qū)域所能出現(xiàn)的問題，已經(jīng)差不多都遇到了(這種主動犯錯的機會可不多?)，也該休息休息然后去復習考試了嗚嗚嗚嗚嗚?……

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java ppt转图片 内存溢出_Java虚拟机内存及内存溢出异常的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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