JVM-java内存区域与内存溢出异常

1 说明

java 与 c++之间有一堵由内存动态分配和垃圾回收技术所围成的高墙，墙外的人想进来， 墙内的人想出去。然而java的使用者就是这些墙里的人。这篇文章就是介绍java虚拟机内存的各个区域，讲述这些区域的作用，服务对象以及其中可能产生的问题。从这里，我们开始进行翻墙工作。然而请注意，墙的那边是高能区……

2 运行时数据区域

java虚拟机在执行java程序过程中，会把它管理的内存分成若干个不同的数据区。有的区域锁着虚拟机进程的启动而存在，有些是依赖用户进程建立与销毁。

在java7 的虚拟机规范中规定，虚拟机所管理的内存将会包括如下几个运行时数据区域。

下面就是java虚拟机运行时数据区：

2.1 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，在虚拟机概念模型里，程序计数器的值是为了给字节码解释器提给选取吓一跳需要执行的字节码只能提供帮助的。在分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复都需要依赖这个计数器。

因为程序计数器能帮助线程跳转和恢复：java虚拟机执行多线程是采用轮流切换的机制，因此为了在切换回来的时候知道在哪里继续执行，所以才用程序计数器。

由此可知，程序计数器是线程私有的内存区
程序技术器也是唯一一个没有规定任何OOM（OutOfMemoryError）情况的区域。

2.2 java虚拟机栈

java虚拟机栈是描述java方法执行的内存模型，每个方法执行时候都会建立一个“栈帧”用于存储：局部变量，操作数栈，动态链接，方法的返回信息等。每一个方法的调用都是一个栈帧入栈到出栈的过程。

经常有人把java内存区域分成“堆”和“栈”，然而java的内存区域要远远复杂的多，而大家口中的“栈”就是这里的“java虚拟机栈”或者更小一点，是虚拟机栈里的“局部变量表”部分。

局部变量表存储了编译期就可以知道的基本数据类型，引用对象，和returnAddress类型。局部变量表的内存空间在编译期就已经完成分配了。当进入一个方法时候，这个方法余姚在帧中非配多大的局部变量空间是确定的了（大家可以想一下，方法主要是由什么组成的，不就是局部变量么？既然都已经知道要用什么局部变量了，那么这个内存空间岂不是已经确定了？）

在java虚拟机规范中，对虚拟机栈规定了两种异常情况：

• StackOverflowError: 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出栈溢出错误。
• OOM 如果虚拟机栈的内存无法继续扩展，则抛出内存超出错误。

有上可知：java虚拟机栈也是线程私有的

2.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用相似，不过虚拟机栈调用的是java的方法，而本地方法栈调用的是Native方法。因为java虚拟机规范中并没有规定“本地方法栈”要用什么语言实现，所以甚至有些虚拟机都把“本地方法栈”与“虚拟机栈”合二为一。与虚拟机栈一样，同样会抛出上面的两个异常。

2.4 java堆

java堆是java虚拟机所管理的内存中的最大的一块。此内存的唯一目的就是存放对象实例！几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

“java堆”是java垃圾回收机制管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。在内存回收的角度来看，由于算法多采用的是分代回收，所以又被分为：新生代，老年代。 在细致一点的可以分为：Eden区， From survivor空间和 ToSurvivor空间。在内存分配的角度来说，java堆可以分成多个线程私有的分配缓冲区TLAB（Thread Local Allocation Buffer）。

java堆 是内存共享的

2.5 方法区

方法区与java堆一样，用来存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译后的代码数据。（那为什么叫做方法区呢？很好奇）

方法区很多人有称之为“永久代”，虽然这么称呼并不完全准确。

原来的字符串常量池在永久代里，但是现在看来这么设计并不是一个好的作法（因为String.intern()方法，可以动态的向常量池用添加字符串，如果永久代不清理的话/换句话说清理起来很难，就会导致内存泄露。）

也是线程共享的

3 对象的创建

java是一门面向对象的语言。在java程序运行过程中，无时无刻不在有对象被创建。在语言成面上，仅仅是一个new而已。但是在虚拟机中，又是一个怎样的景象呢？

（1） 当虚拟机遇到一条new指令的适合，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析、初始化过的。如果没有，那必须先进性相应的类的初始化。
（2） 当类加载检查后，接下来虚拟机为新生对象分配内存，对象所需的内存大小在类加载后便可以完全确定下来。然后分配对象的任务就等同于把一块大小确定的内存划分出来：

• 指针碰撞

  • 如果内存区域是却对规整的，所有已经分配的内存在一起，没有分配的内存在一起。则就可以在中间设置一个指针，当创建新的对象时候，就把指针向没有分配的地方移动即可。
  • Serial、ParNew 等带有Compact过程的收集器，则采用的是指针碰撞。

• 空闲列表

  • 如果内存是不规整的，则用一张表记录哪些是分配的，哪些是没有分配的。在没有分配的内存中取出一块比较大的内存使用，并且记录下情况。
  • 使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时。

（3） 上面的情况是在单线程的情况下，如果在多线程的情况下有如下的解决办法：一种是对分配内存的动作进行同步—采用CAS+失败重试的方式保证操作的原子性。第二种是在每个线程上都分配一块内存，自己线程的对象，在自己的内存上进行分配（TLAB）。

4 一个有意思的现象

public class RuntimeConstantPoolOOM{    public static void main(String[] args){        String str1 = new StringBuffer("计算机").append("软件").toString();        System.out.println(str1.intern() == str1);        String str2 = new StringBuffer("ja").append("va").toString();        System.out.println(str2.intern() == str2)    }}

上面的这段代码，如果在1.6执行，则都输出false：因为StringBuffer是在堆中申请的内存，String.intern是将对象复制到方法区（常量池）中。所以两个不是指向一个地方； 如果是在1.7中，则第一个输出true， 第二个输出false， 因为1.7中的intern方法不再是复制对象，而是记录复制的引用。所以第一个输出true，而java这里并不是第一次出现，所以常量池中的引用并不是内存中的引用，所以输出false;

内容学习自《深入理解java虚拟机》一书
图片来自网络