JAVA的内存模型及结构

所有的Java开发人员可能会遇到这样的困惑？我该为堆内存设置多大空间呢？OutOfMemoryError的异常到底涉及到运行时数据的哪块区域？该怎么解决呢？

Java内存模型

Java内存模型在JVM specification, Java SE 7 Edition, and mainly in the chapters “2.5 Runtime Data Areas” and “2.6 Frames”中有详细的说明。对象和类的数据存储在3个不同的内存区域：堆（heap space）、方法区（method area）、本地区（native area）。

堆内存存放对象以及数组的数据，方法区存放类的信息（包括类名、方法、字段）、静态变量、编译器编译后的代码，本地区包含线程栈、本地方法栈等存放线程

方法区有时被称为持久代（PermGen）。

所有的对象在实例化后的整个运行周期内，都被存放在堆内存中。堆内存又被划分成不同的部分：伊甸区(Eden)，幸存者区域(Survivor Sapce)，老年代（Old Generation Space）。

方法的执行都是伴随着线程的。原始类型的本地变量以及引用都存放在线程栈中。而引用关联的对象比如String，都存在在堆中。为了更好的理解上面这段话，我们可以看一个例子：

这段程序的数据在内存中的存放如下：

通过JConsole工具可以查看运行中的Java程序（比如Eclipse）的一些信息：堆内存的分配，线程的数量以及加载的类的个数；

Java内存结构

这里有一份极好的白皮书：Memory Management in the Java HotSpot Virtual Machine。它描述了垃圾回收(GC)触发的内存自动管理。Java的内存结构包含如下部分：

堆内存

堆内存同样被划分成了多个区域：

• 包含伊甸（Eden）和幸存者区域(Survivor Sapce)的新生代（Young generation）

• 老年代（Old Generation）

不同区域的存放的对象拥有不同的生命周期：

• 新建（New）或者短期的对象存放在Eden区域；

• 幸存的或者中期的对象将会从Eden区域拷贝到Survivor区域；

• 始终存在或者长期的对象将会从Survivor拷贝到Old Generation；

生命周期来划分对象，可以消耗很短的时间和CPU做一次小的垃圾回收（GC）。原因是跟C一样，内存的释放（通过销毁对象）通过2种不同的GC实现：Young GC、Full GC。

为了检查所有的对象是否能够被销毁，Young GC会标记不能销毁的对象，经过多次标记后，对象将会被移动到老年代中。

哪儿的OutOfMemoryError

对内存结构清晰的认识同样可以帮助理解不同OutOfMemoryErrors：

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

原因：对象不能被分配到堆内存中

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

原因：类或者方法不能被加载到老年代。它可能出现在一个程序加载很多类的时候，比如引用了很多第三方的库；

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

原因：创建的数组大于堆内存的空间

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

原因：分配本地分配失败。JNI、本地库或者Java虚拟机都会从本地堆中分配内存空间。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>（Native method）

原因：同样是本地方法内存分配失败，只不过是JNI或者本地方法或者Java虚拟机发现；

关于OutOfMemoryError的更多信息可以查看：“Troubleshooting Guide for HotSpot VM”, Chapter 3 on “Troubleshooting on memory leaks”