JVM-Java內存區域與內存溢出異常

1、運行時數據區域

程序計數器

        程序計數器是一塊較小的內存空間，它能夠看做是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，字節碼解釋器工做時就是經過改變這個計數器的值來選取下一條須要執行的字節碼指令，每條線程都須要有一個獨立的程序計數器，若是線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；若是正在執行的是Nat ive方法，這個計數器值則爲空。此內存區域是惟一一個在Java虛擬機規範中沒有規定任何Ou tOfMem ory Error狀況的區域。

Java虛擬機棧

        Java虛擬機棧是線程私有的，它的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每一個方法在執行的同時都會建立一個棧幀用於存儲局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。每個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

        局部變量表存放了編譯期可知的各類基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long 、double）、對象引用（reference類型，它不等同於對象自己，多是一個指向對象起始地址的引用指針，也多是指向一個表明對象的句柄或其餘與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址）。

        其中64位長度的long 和double類型的數據會佔用2個局部變量空間其他的數據類型只佔用1個。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配。當進入一個方法時，這個方法須要在幀中分配多大的局部變量空間是徹底肯定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。

        在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常；若是虛擬機棧能夠動態擴展（當前大部分的Java虛擬機均可動態擴展，只不過Java虛擬機規範中也容許固定長度的虛擬機棧），若是擴展時沒法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

        虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，本地方法棧則爲虛擬機使用到的Native方法服務本地方法。棧區域也會拋出Stack OverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

       Java堆是被全部線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時建立。此內存區域的惟一目的就是存放對象實例，幾乎全部的對象實例都在這裏分配內存。Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，從內存回收的角來看，因爲如今收集器基本都採用分代收集算法，因此Java堆中還能夠細分爲：新生代和老年代；再細緻一點的有Eden 空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。從內存分配的角度來看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩衝區。根據Java虛擬機規範的規定，Java堆能夠處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的便可，就像咱們的磁盤空間同樣。在實現時，既能夠實現成固定大小的，也能夠是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（經過-Xmx 和-Xms控制）。若是在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

方法區

       是各個線程共享的內存區域，它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。和Java堆同樣不須要連續的內存和能夠選擇固定大小或者可擴展外，還能夠選擇不實現垃圾收集。這區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載，通常來講，這個區域的回收「成績」比較難以使人滿意，尤爲是類型的卸載，條件至關苛刻，可是這部分區域的回收確實是必要的。根據Java虛擬機規範的規定，當方法區沒法知足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

運行時常量池

       是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant  Pool  Table），用於存放編譯期生成的各類字面量和符號引用，這部份內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池中存放。

       運行時常量池相對於Class文件常量池的另一個重要特徵是具有動態性，Java語言並不要求常量必定只有編譯期才能產生，也就是並不是預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的即是String 類的intern（）方法。既然運行時常量池是方法區的一部分，天然受到方法區內存的限制，當常量池沒法再申請到內存時會拋出Ou tOfMemoryError異常。

直接內存

       不是虛擬機運行時數據區的一部分，可能致使OutOfMemoryError異常出現，因此咱們放到這裏一塊兒講解。在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Out put）類，引入了一種基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer）的I/O方式，它可使用Native函數庫直接分配堆外內存，而後經過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象做爲這塊內存的引用進行操做。這樣能在一些場景中顯著提升性能，由於避免了在Java堆和Native堆中來回複製數據。

2、HotSpot虛擬機對象探祕

對象的建立

       虛擬機遇到一條n ew指令時，首先將去檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，而且檢查這個符號引用表明的類是否已被加載、解析和初始化過。若是沒有，那必須先執行相應的類加載過程。

       在類加載檢查經過後，接下來虛擬機將爲新生對象分配內存。對象所需內存的大小在類加載完成後即可徹底肯定。爲對象分配空間的任務等同於把一塊肯定大小的內存從Java堆中劃分出來。

       假設Java堆中內存是絕對規整的，全部用過的內存都放在一邊，空閒的內存放在另外一邊，中間放着一個指針做爲分界點的指示器，那所分配內存就僅僅是把那個指針向空閒空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離，這種分配方式稱爲「指針碰撞」（Bum p  the  Pointer）。若是Java堆中的內存並非規整的，已使用的內存和空閒的內存相互交錯，那就沒有辦法簡單地進行指針碰撞了，虛擬機就必須維護一個列表，記錄上哪些內存塊是可用的，在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例，並更新列表上的記錄，這種分配方式稱爲「空閒列表」（Free List）。選擇哪一種分配方式由Java堆是否規整決定，而Java堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。所以，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時，系統採用的分配算法是指針碰撞，而使用CMS這種基於Mark-Sweep算法的收集器時，一般採用空閒列表。

對象建立在虛擬機中是很是 頻繁的行爲，即便是僅僅修改一個指針所指向的位置，在併發狀況下也並非線程安全的， 可能出現正在給對象A分配內存，指針還沒來得及修改，對象B又同時使用了原來的指針來 分配內存的狀況。解決這個問題有兩種方案，一種是對分配內存空間的動做進行同步處理 ——實際上虛擬機採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操做的原子性；另外一種是把內存分 配的動做按照線程劃分在不一樣的空間之中進行，即每一個線程在Java堆中預先分配一小塊內 存，稱爲本地線程分配緩衝（Th read  L ocal   Al locat ion   Bu f f er ,TL AB）。哪一個線程要分配內 存，就在哪一個線程的TL AB上分配，只有TL AB用完並分配新的TL AB時，才須要同步鎖定。 虛擬機是否使用TL AB，能夠經過-XX：+/ -U seTL AB參數來設定。