深入理解JVM——Java内存区域与内存溢出异常

Posted 2022-12-04 在咖啡里溺水的鱼

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运行时数据区域

根据 JVM规范，Java虚拟机锁管理的内存包括以下几个运行时区域

各线程独立存储，互不影响的内存，称作线程私有的内存

Program Counter Register

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，分支、循环、跳转、异常处理等基础功能都需要依赖它完成

线程私有

这个区域不存在OutOfMemoryError情况

Virtual Machine Stack

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧 Stack Frame，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法调用直至执行完成的过程，对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

线程私有

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError
如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展时如果无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常

Native Method Stack

本地方法栈与VM Stack作用类似。不同的是，VM Stack 为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

虚拟机规范对本地方法栈没有强制规定，部分虚拟机把本地方法栈与虚拟机栈合二为一，如HotSpot

会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

Heap

堆，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。用于存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存。

堆是垃圾收集器管理的主要区域。从内存回收角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以堆可以细分为：新生代、老年代；再细致可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，抛出OutOfMemoryError异常。

Method Area

方法区也是被所有线程共享的内存区域，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。

JVM规范将其描述为堆的一个逻辑部分，但其别名为 Non-Heap，用来将其与堆加以区分。

根据JVM规范，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

Runtime Constant Pool

运行时常量池用于存放Class文件中的常量池

常量池 Constant Pool Table 在Class文件中用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后会进入Method Area的运行时常量池。

运行时常量池除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储下来。另外，运行时常量池相比较于Class文件常量池具有动态性，可以保存运行时产生的常量。

无法再申请到内存时抛出OutOfMemoryError异常。

Direct Memory

直接内存 不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是JVM规范中定义的内存区域。但这部分同样被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

JDK1.4中新加入的NIO类，引入了一种基于通道 Channel 与 缓冲区 Buffer 的 I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

本季直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是其受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制，可能会导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。