[JVM] Java 內存區域與內存溢出異常

[JVM] Java 內存區域與內存溢出異常

筆者將從概念上介紹 Java 虛擬機內存的各個區域，講解這些區域的做用、服務對象以及其中可能產生的問題

運行時數據區域

運行時數據區域主要有：

• 方法區 Method Area
• 堆 Java Heap
• 虛擬機棧
• 本地方法棧
• 程序計數器

其中方法區和堆由全部線程共享，其他爲線程內部隔離的數據區域。

程序計數器

一塊較小的內存區域，能夠看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。

因爲多線程的切換時經過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個肯定的時刻，一個處理器（內核）都只會執行一條線程中的指令。爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，各線程間必須各自擁有一個獨立的程序計數器，即線程私有內存。

另外，執行Java方法的時候，計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；而執行的是Native方法，記錄的值爲空。此內存區域是Java虛擬機規範中惟一一個沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。

Java 虛擬機棧

虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型。和程序計數器同樣，也是線程私有的。每一個方法在執行的同時會建立一個棧幀。

棧幀用於存儲：局部變量表、操做數棧、動態鏈表、方法出口燈信息。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

局部變量表用於存放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，不等同於對象自己，多是一個指向對象的起始地址的引用指針，也多是個指向一個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）

該區域根據Java虛擬機規範中，定義了兩種異常狀況：

• 線程請求的棧深度大於虛擬機勻速的深度，將拋出StackOverflowError
• 若是虛擬機棧能夠動態擴展，可是擴展時沒法申請到足夠內存，將會拋出OutOfMemoryError

本地方法棧

它的做用與虛擬機棧類似，區別在於，前者爲虛擬機棧提供Native方法服務，後者爲虛擬機執行Java方法（字節碼）服務。

該區域和虛擬機棧拋出的異常狀況同樣。

Java 堆

Java 堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。被全部線程共享的一塊區域，幾乎全部的對象實例都在這裏分配內存。也是垃圾收集器管理的主要區域，所以也被稱爲GC堆。

從內存回收的角度，能夠細分爲：新生代和老年代；更細緻些的劃分：Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。

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的私有分配緩衝區（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。

根據Java虛擬機規範的規定，Java堆能夠在物理上處於不連續的內存空間中，只要邏輯上連續就能夠了。在實現時，能夠實現爲固定大小的，也能夠是可擴展的。

通常都是可擴展的，經過參數進行配置：-Xmx 和 -Xms

若是在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法在擴展時，將會拋出OutOfMemoryError。

方法區

方法區和Java堆同樣，是各個線程共享的內存區域，用於存儲已被虛擬機棧加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。

方法區在Java虛擬機規範中被描述爲一個邏輯部分，可是它有個別名叫作Non-Heap非堆，目的就是和Java堆區分開。

該區域垃圾回收的主要目標是：針對常量池的回收和類型的卸載。

根據Java虛擬機規範，當方法區沒法知足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError.

運行時常量池

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。用於存放編譯器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。

既然屬於方法區的一部分，異常拋出和方法區一致。

直接內存

直接內存（Direct Memory）並非虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規範中定義的內存區域。可是這部分卻被頻繁使用，也可能會致使OutOfMemoryError出現。

JDK1.4後引入的NIO，引入了一中基於通道與緩衝區的I/O方式，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。這樣作是爲了在一些場景中提升性能，避免Java堆和Native堆中來回複製數據。

可是，該內存的分配會受到本地內存總量的限制，服務器管理員在配置虛擬機參數時，能夠根據實際內存設置-Xmx等參數信息來調整堆的內存容量，來控制直接內存能夠分配的最大容量。

REFERENCES

《深刻理解Java虛擬機-JVM高級特性與最佳實踐》讀書筆記