谈谈对JVM的理解

        JVM可谓是学习JAVA基础中的基础了，但仍有不少同学对JVM概念还是比较模糊，甚至没有听说过，对java的理解也只是在基础语法 层面，本文就将对JVM进行初步介绍，因篇幅所限，只能介绍JVM基础，如需要进一步学习，建议阅读机械工业出版社出版的《深入理解JAVA虚拟机》。

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        Java虚拟机规范中规定的JVM如下图所示：

        可以看出，JVM由JVM运行时数据区（图示中蓝色框包含部分）、执行引擎、本地库接口、本地方法库组成。

 

        JVM运行时数据区，分为线程共享部分（方法区、堆）和线程隔离区（虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器）。

        1.方法区

         用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

        运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。.Class文件中除了有类的版本/字段/方法/接口等描述信息外,还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将类在加载后进入方法区的运行时常量池中存放.

运行时常量区的内容并不只是在编译期间产生，通过String.intern()也可以实现在运行时向常量区中添加内容。

        需要注意的是：从JDK8开始，方法区被元数据区替代了。具体的原因和两者的区别可以参考官网。

 

        2.堆

        是JVM中最大的一块内存区域，该区域的目的只是用于存储对象实例及数组。该区域也是GC的最主要区域。

        根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样.在实现时,既可以实现固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制).如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,就会抛出OutOfMemoryError异常。

 

        3.虚拟机栈

        每个线程方法在执行时都会创建一个栈帧，包含局部变量表、返回地址、操作数栈等信息。每个方法的执行与完成就对应的栈帧的入栈与出栈过程 。局部变量表占用空间的大小在编译期就确定了。这里需要注意：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时将会抛出OutOfMemoryError异常。

 

        4.本地方法栈

        与虚拟机栈类似，不过其中执行是本地方法。对于HotSpot虚拟机而言，本地方法栈和虚拟机栈是统一的。

 

        5.程序计数器

       是一个小的内存空间，如果线程正在执行的是一个java方法，则此内存区域记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果线程正在执行的是native方法，则计算器中的值为空。此内存区域是唯一一个在JAVA虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

        这几部分都有相关的JDK自带工具可以分析查看，比如jps, jstack, jmap, jhat, jstat等，还有图形化工具jconsole,jvisualvm，但对于Linux服务器就无能为力了。

 

        好了，关于JVM就讲完了，接下来进行提问：JVM哪些区域会发生OOME，以及各自原因是什么?

 

        堆内存不足是最常见的 OOM 原因之一，抛出的错误信息是“java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space”，原因可能千奇百怪，例如，可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定 JVM 堆大小或者指定数值偏小；或者出现 JVM 处理引用不及时，导致堆积起来，内存无法释放等。

        而对于 Java 虚拟机栈和本地方法栈，这里要稍微复杂一点。如果我们写一段程序不断的进行递归调用，而且没有退出条件，就会导致不断地进行压栈。类似这种情况，JVM 实际会抛出 StackOverFlowError；当然，如果 JVM 试图去扩展栈空间的的时候失败，则会抛出 OutOfMemoryError。

        对于老版本的 Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且 JVM 对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现 OutOfMemoryError 也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似 Intern 字符串缓存占用太多空间，也会导致 OOM 问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”。

        随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的 OOM 有所改观，出现 OOM，异常信息则变成了：“java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace”。

        直接内存不足，也会导致 OOM。

 

        后记：

        JVM是JAVA面试过程中最容易被问到的基础题目，在本篇JVM介绍完后，后面还准备了更多有意思的JAVA基础面试题，这些将作为提升JAVA基础能力的免费系列课程，从面试题出发，对每个问题举一反三，以点带面，不做不求甚解之人，最终目标不是学会答题，而是学会题目本身涉及到的所有知识点。暂定的全部面试题目课程包含如下内容：

        谈谈你对JVM的理解？

        final,finally,finalize有什么区别？

        String,StringBuffer,StringBuilder有什么区别？

        Exception和Error有什么区别？

        Hashtable,HashMap,TreeMap有什么区别？

        Vector,ArrayList,LinkedList有什么区别？

        int和Integer有什么区别？

        接口和抽象类有什么区别？

        如何保证集合是线程安全的？

        谈谈你知道的设计模式？

 

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