內存區(qū)域 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把他所管理的內存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。Java虛擬機規(guī)范將JVM所管理的內存分為以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)：程序計數(shù)器、Java虛擬機棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)。下面詳細闡述各數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)類型。

（圖片來自：http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17565503）

程序計數(shù)器（Program?Counter?Register）

? ? ? 一塊較小的內存空間，它是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，字節(jié)碼解釋器工作時通過改變該計數(shù)器的值來選擇下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、跳轉、循環(huán)等基礎功能都要依賴它來實現(xiàn)。每條線程都有一個獨立的的程序計數(shù)器，各線程間的計數(shù)器互不影響，因此該區(qū)域是線程私有的。

? ? ? 當線程在執(zhí)行一個Java方法時，該計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址，當線程在執(zhí)行的是Native方法（調用本地操作系統(tǒng)方法）時，該計數(shù)器的值為空。另外，該內存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中么有規(guī)定任何OOM（內存溢出：OutOfMemoryError）情況的區(qū)域。

Java虛擬機棧（Java?Virtual?Machine?Stacks）

? ? ?該區(qū)域也是線程私有的，它的生命周期也與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內存模型：每個方法被執(zhí)行的時候都會同時創(chuàng)建一個棧幀，棧它是用于支持續(xù)虛擬機進行方法調用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結構。對于執(zhí)行引擎來講，活動線程中，只有棧頂?shù)臈怯行У?#xff0c;稱為當前棧幀，這個棧幀所關聯(lián)的方法稱為當前方法，執(zhí)行引擎所運行的所有字節(jié)碼指令都只針對當前棧幀進行操作。棧幀用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法返回地址和一些額外的附加信息。在編譯程序代碼時，棧幀中需要多大的局部變量表、多深的操作數(shù)棧都已經完全確定了，并且寫入了方法表的Code屬性之中。因此，一個棧幀需要分配多少內存，不會受到程序運行期變量數(shù)據(jù)的影響，而僅僅取決于具體的虛擬機實現(xiàn)。

? ? ? 在Java虛擬機規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常情況：

????　　1、如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。

????　　2、如果虛擬機在動態(tài)擴展棧時無法申請到足夠的內存空間，則拋出OutOfMemoryError異常。

? ? ? 這里有一點要重點說明，在多線程情況下，給每個線程的棧分配的內存越大，越容易產生內存溢出異常。操作系統(tǒng)為每個進程分配的內存是有限制的，虛擬機提供了參數(shù)來控制Java堆和方法區(qū)這兩部分內存的最大值，忽略掉程序計數(shù)器消耗的內存（很小），以及進程本身消耗的內存，剩下的內存便給了虛擬機棧和本地方法棧，每個線程分配到的棧容量越大，可以建立的線程數(shù)量自然就越少。因此，如果是建立過多的線程導致的內存溢出，在不能減少線程數(shù)的情況下，就只能通過減少最大堆和每個線程的棧容量來換取更多的線程。當由于創(chuàng)建過量線程發(fā)生OOM時，會報錯：java.lang.OutOfMemoryError, unable to create new native thread。

本地方法棧（Native?Method?Stacks）

? ? ? 該區(qū)域與虛擬機棧所發(fā)揮的作用非常相似，只是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法服務，而本地方法棧則為使用到的本地操作系統(tǒng)（Native）方法服務。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError與OutOfMemoryError異常。

Java堆（Java?Heap）

? ? ? Java?Heap是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊，它是所有線程共享的一塊內存區(qū)域，幾乎所有的對象實例和數(shù)組都在這類分配內存。Java?Heap是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱為“GC堆”。

? ? ? 根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處在物理上不連續(xù)的內存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可。如果在堆中沒有內存可分配時，并且堆也無法擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。 ??

? ? ? 注意：隨著JIT編譯器的發(fā)展與逃逸技術逐漸成熟，所有對象都分配在堆上也逐漸變得不是那么絕對了，線程共享的Java堆中也可能劃分出線程私有的分配緩沖區(qū)（TLAB）。

方法區(qū)（Method?Area）

????方法區(qū)也是各個線程共享的內存區(qū)域，它用于存儲已經被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為Java堆的一個邏輯部分，而且它和Java?Heap一樣不需要連續(xù)的內存，可以選擇固定大小或可擴展，另外，虛擬機規(guī)范允許該區(qū)域可以選擇不實現(xiàn)垃圾回收。相對而言，垃圾收集行為在這個區(qū)域比較少出現(xiàn)。不過，這部分區(qū)域的回收是有必要的，如果這部分區(qū)域永遠不回收，那么類型就無法卸載，我們就無法加載更多的類，HotSpot的該區(qū)域有實現(xiàn)垃圾回收。

????根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當方法區(qū)無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

直接內存（Direct Memory）?

? ? ? 直接內存并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內存區(qū)域，它直接從操作系統(tǒng)中分配，因此不受Java堆大小的限制，但是會受到本機總內存的大小及處理器尋址空間的限制，因此它也可能導致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。在JDK1.4中新引入了NIO機制，它是一種基于通道與緩沖區(qū)的新I/O方式，可以直接從操作系統(tǒng)中分配直接內存，即在堆外分配內存，這樣能在一些場景中提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復制數(shù)據(jù)。

? ? ? 當使用超過虛擬機允許的直接內存時，虛擬機會拋出OutOfMemoryError異常，由DirectMemory導致的內存溢出，一個明顯的特征是在Heap Dump文件中不會看見明顯的異常。一般來說，如果發(fā)現(xiàn)OOM后Dump文件很小，那就應該考慮一下，是不是這塊內存發(fā)生了溢出。

內存溢出 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

Java堆內存溢出

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

　　運行以上代碼時，可以增加運行參數(shù)-Xms20m -Xmx20m，該參數(shù)限制Java堆大小為20M，不可擴展。運行結果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceat java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219)at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:242)at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:216)at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:208)at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:440)at HeapOOM.main(HeapOOM.java:17)

　　可以看到，在堆內存溢出時，除了會報錯java.lang.OutOfMemoryError外，還會跟著進一步提示Java heap space。

虛擬機棧和本地方法棧溢出

? ? ? 要讓虛擬機棧內存溢出，我們可以使用遞歸調用：因為每次方法調用都需要向棧中壓入調用信息，當棧的大小固定時，過深的遞歸將向棧中壓入過量信息，導致StackOverflowError：

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;}} }

　　運行以上代碼，輸出如下：

stack length:10828 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowErrorat JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)

? ? ? 可以看到，在我的電腦上運行以上代碼，最多支持的棧深度是10828層，當發(fā)生棧溢出時，會報錯java.lang.StackOverflowError。

方法區(qū)溢出

? ? ? 方法區(qū)用于存放Class的相關信息，如類名、訪問修飾符、字段描述等，對于這個區(qū)域的測試，基本思路是運行時使用CGLib產生大量的類去填充方法區(qū)，直到溢出：

public class JavaMethodAreaOOM {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() {@Overridepublic Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,MethodProxy proxy) throws Throwable {return proxy.invokeSuper(obj, args);}});enhancer.create();}} }

　　運行時增加虛擬機參數(shù)：-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M，限制永久代大小為10M，最后報錯為java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。報錯信息明確說明，溢出區(qū)域為永久代。

總結 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? 本文主要說明Java虛擬機一共分為哪幾塊內存區(qū)域，以及這幾塊內存區(qū)域是否會內存溢出，如果這些區(qū)域發(fā)生內存溢出報錯如何。了解這些知識后，以后遇到內存溢出報錯，我們就可以定位到具體內存區(qū)域，然后具體問題，具體分析。

參考 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

• http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17565503

• 《深入理解Java虛擬機》

轉載于:https://www.cnblogs.com/timlearn/p/4025561.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java虚拟机——Java内存区域与内存溢出的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。