深入理解JVM-内存区域与内存溢出

JVM运行时数据区域

深入理解JVM-内存区域与内存溢出

PC寄存器：

每个线程拥有一个PC寄存器
在线程创建时创建
指向下一条指令的地址
执行本地方法时，PC的值为undefined
程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储。称之为“线程私有”的内存。程序计数器内存区域是虚拟机中唯一没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

方法区：

保存装载的类信息
类型的常量池
字段，方法信息
方法字节码
通常和永久区(Perm)关联在一起
本地方法栈与虚拟机栈所发挥作用非常相似，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。本地方法栈也是抛出两个异常。

Java堆

和程序开发密切相关
应用系统对象都保存在Java堆中
所有线程共享Java堆
对分代GC来说，堆也是分代的
GC的主要工作区间
java堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被成为“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收角度来看java堆可分为：新生代和老生代（当然还有更细致的划分，在下一章会讲到）。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。无论怎么划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都是对象实例，进一步的划分都是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

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。当前主流的虚拟机都是可扩展的（通过 -Xmx 和 -Xms 控制）。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

Java栈

线程私有
栈由一系列帧组成（因此Java栈也叫做帧栈）
帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针
每一次方法调用创建一个帧，并压栈
java虚拟机也是线程私有的，它的生命周期和线程相同。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。
咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（8个基本数据类型）、对象引用（地址指针）、returnAddress类型。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。在运行期间不会改变局部变量表的大小。

这个区域规定了两种异常状态：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，在扩展是无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

执行引擎

虚拟机核心的组件就是执行引擎，它负责执行虚拟机的字节码，一般户先进行编译成机器码后执行。

垃圾收集系统

垃圾收集系统是Java的核心，也是不可少的，Java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

　运行时常量池是方法区的一部分。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，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

OutOfMemotyError实战

JAVA堆溢出

/*java 堆溢出
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
 * -verbose:gc
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+TraceClassLoading
-XX:+PrintClassHistogram
 * */
public class HeapOOM {
	static class OOMObject {
	};

	public static void main(String[] args) {
		List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
		while (true) {
			list.add(new OOMObject());
		}
	}
}

JAVA栈溢出

/*java栈溢出，由于线程过多
 * VM args: -Xss128k
 * */
public class JavaVMStackOOM {
	private void dontStop() {
		while (true) {
		}
	}

	public void stackLeakByThread() {
		while (true) {
			Thread thread = new Thread(new Runnable() {
				public void run() {
					dontStop();
				}
			});
			thread.start();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		JavaVMStackOOM javaVMStackOOM = new JavaVMStackOOM();
		javaVMStackOOM.stackLeakByThread();
	}
}

运行常量溢出

/*方法区溢出，由于线程过多大造成
 * VM args: -Xss128k
 * */
public class JavaVMStackSof {
	private int stackLength = 1;

	public void stackLeak() {
		stackLength++;
		stackLeak();
	}

	public static void main(String[] args) {
		JavaVMStackSof oom = new JavaVMStackSof();
		try {
			oom.stackLeak();
		} catch (Exception e) {
			System.out.println(oom.stackLength);
			throw e;
		}
	}
}

方法区溢出

/*常量池溢出
 * VM ARGS: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 * */
public class RuntimeConstanrPoolOOM {

	public static void main(String[] args) {
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		int i = 0;
		while (true) {
			list.add(String.valueOf(i));
		}
	}

}