Java内存区域分析

@(博客文章)[java]

参考《深入理解Java虚拟机》

（一）Java程序的内存组成

Java程序对内存的使用可以分为多个区域，以下逐一分析。

1、Java堆

这是Java程序使用最大内存的部分。Java堆是被所有线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存用于存放对象实例。
Java堆是GC的主要区域，因此也会被称为GC堆。
Java堆被分为新生代和老生代2部分。

2、方法区（含常量池）

与Java堆类似，这是所有线程共享的内存区域。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却有一个别名叫Non-Heap。
很多人把方法区称为永久代，本质上二者并不等价，只是HotSpot把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。
对于HotSpot，已经有规划放弃永久代并逐步使用Native Memory来实现方法区了。目前已经把运行时常量池迁出。

3、栈

（1）Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的。每个方法在执行的同时都会创建一个Stack Frame，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出入口等信息。

关于堆和栈的说明：堆用于储存各种对象，而栈的局部变量表是保存基本类型的数据以及对象的指针（非对象自身）

（2）本地方法栈

与上面说的Java虚拟机栈作用非常类似，只是Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

4、程序计数器

程序计数器是线程私有的。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器的值为空。
此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

5、直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分。
在NIO中，引入了基于通道与缓冲区的IO方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

二、各种OOM情形模拟

（一）Java堆溢出

我们创建一个List，然后写入大量的对象直接内存溢出：

public class JavaHeapOOMDemo {    public static void main(String[] args) {        List<Integer> list = new LinkedList<Integer>();        Random random  = new Random();        while(true){            list.add(new Integer(random.nextInt()));        }    }}

运行时加上以下JVM参数：

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

指定了最大的堆内存，并在OOM发生时dump出内存中的内容。运行后console显示：

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceededDumping heap to java_pid7268.hprof ...Heap dump file created [37801092 bytes in 0.652 secs]Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaHeapOOMDemo.main(JavaHeapOOMDemo.java:25)

注意第一行GC overhead limit exceeded，每种OOM都有其相应的内容。
使用IBM HeapAnalyzer分析dump出来的结果

发现有一个List对象占用了98.5%的内存，它包含了498788个Integer对象。

发生堆OOM有2种可能：
* 一是内存真的不够分配所需的对象了，这只能高大堆，或者是优化代码。
* 二是内存泄漏了，某些对象无法被GC回收。

（二）方法区（含常量池溢出）

错误现象是

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

即永久出错，但JDK7有了变化。

（三）栈溢出

一个常见的情况是递归调用时没有终结条件。

public class JavaVMStackSOF {    public static int add(int a, int b){        return add( a, b);    }    public static void main(String[] args) {        add(1,1);    }}

运行时出现以下错误：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaVMStackSOF.add(JavaVMStackSOF.java:13)    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaVMStackSOF.add(JavaVMStackSOF.java:13)    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaVMStackSOF.add(JavaVMStackSOF.java:13)    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaVMStackSOF.add(JavaVMStackSOF.java:13)    at com.lujinhong.commons.java.oom.JavaVMStackSOF.add(JavaVMStackSOF.java:13)

这是超出了栈允许的最大深度，并不是OOM。

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError。
• 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OOM。

（四）直接内存溢出

直接内存容量可以通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则与-Xmx一样。

如果发现OOM之后Dump文件很小，而程序又直接或者间接的使用了NIO，则可以考虑一下是否直接内存溢出了。