深入理解Java虚拟机02--Java内存区域与内存溢出异常

一.概述

　　我们在进行 Java 开发的时候，很少关心 Java 的内存分配等等，因为这些活都让 JVM 给我们做了。不仅自动给我们分配内存，还有自动的回收无需再占用的内存空间，以腾出内存供其他人使用。但是我们经常面临的一个问题就是内存泄漏，JVM无法完成回收工作，导致内存占用暴涨，最后可能让程序奔溃。本章主要了解下运行时数据区域分布情况以及溢出异常。

二.运行时数据区域

1、程序计数器

• 线程私有
• 当前线程所执行的字节码的行号指示器
• Java 多线程是通过再一个内核中轮流执行实现的，计数器就保证了切换线程的时候可以回到原来正确的执行位置
• 程序计数器必须每个线程单独一个，是线程私有的内存区域
• 程序计数器是唯一一个 JVM 没有规范 OutOfMemoryError 的区域

2、Java虚拟机栈（java方法）

• 线程私有
• Java方法执行的内存模型，即方法执行时会创建一个栈帧，保存了需要的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
• 线程请求的栈深度>JVM允许的深度时，报StackOverflowError；
• 大多数的 JVM 可以动态扩展内存，如果无法申请到足够的内存时，报 OutOfMemoryError;

3、本地方法栈（native方法）

• 同Java虚拟机栈

4、Java堆

• 线程共享
• 唯一目的：存放对象实例
• 分类：新生代、老生代，或者 Eden 空间、From Survior 空间、To Survivor 空间
• 分类目的：更好的回收和分配内存
• 没有内存完成实例分配，或者不能再扩展，报OutOfMemoryError 异常
• 可以自己配置大小（-Xmx和-Xms）

5、方法区

• 线程共享
• 目的：存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据；
• 该区内存回收目标：主要针对常量池的回收和对类型的卸载；
• 无法满足内存分配要求时，报 OutOfMemoryError 异常

6、运行时常量池

• 注意：运行时常量池属于方法区
• 目的：存储编译期生成的各种字面量和符号引用
• 特征：并非只有编译期置入 Class 文件中的常量池内容才能进入运行时常量池，在运行期间也可以置入新的常量，比如 String 的intern() 方法；
• 无法申请足够内存时，报 OutOfMemoryError 异常

三.直接内存

• 非运行时数据区域内存
• Native 函数分配堆外内存，堆内的 DirectByteBuffer 作为这块内存的引用
• 性能显著提高，避免了 Java 堆和 native 之间来回复制数据

四.HotSpot虚拟机对象探秘

1、New对象过程

• new 指令发出
• 检查 new 的参数是否在常量池中存在这个 Class 的符号引用
• 检查对应的 Class 是否已经初始化

1. 若没有则先执行初始化过程

• 分配内存，检查堆是否规整（垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定）

1. 规整：指针碰撞方式分配内存
2. 不规整：空闲列表方式分配内存

• 内存空间初始化为零值（不包括对象头）
• 对对象进行重要的配置
• 执行 < init > 方法

2、对象的内存布局

对象头(Mark Word)

• 自身运行时数据

1. GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID
2. 类型指针：确定对象是哪个Class的实例

实例数据

• 存储有效信息，定义的各种字段
• 相同宽度的字段总是被分配到一起

对齐填充

• 不一定存在
• 实例数据没有对齐，需要填充

3、对象的访问定位
句柄（reference）：

• 堆中划分句柄池
• 句柄地址

1. 到对象实例数据的地址
2. 到对象类型的地址

• 优势：稳定，对象移动时，（如GC时会移动），这个时候只改变指针地址。句柄信息不变，相对稳定;

指针：

• 直接存储了上述的对象地址
• 优势：速度快

五.OOM

• 堆溢出：举例一直 new 新的实例对象
• 栈溢出：举例无限循环调用执行某个方法
• 方法区和运行时常量池溢出：

1. String.intern():如果常量池已存在，则返回 String 对象，如果不存在，则先添加到常量池，再返回 String 对象。
2. 动态定义大量的 Class，需要注意内存的回收情况。