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Java内存区域与内存溢出异常

原创 操作系统 作者:高级java架构师 时间:2018-09-28 08:24:28 0 删除 编辑

正文

一. 基本概念

在开始讲解之前, 需要先明确关于  JVM  的一些基本概念

我们都知道,  Java  是一个跨平台的语言,  Java  跨平台的基本支撑其实就是  JVM  对操作系统底层细节的屏蔽, 相当于加了一个中间层(计算机中的任何问题都可以加一个中间层解决~),  Java  不再像  C/C++  等语言一样直接翻译为针对特殊平台的机器码, 而是翻译为字节码, 也即是我们的  class  文件, 下图大概可以比较简明的概括了~; 字节码就相当于  Java  世界中的汇编, 而  JVM  则不是跨平台的, 只是不同平台的  JVM  都能识别和运行标准格式的字节码文件而已

关于  JVM  运行  class  文件, 我觉得下图已经可以比较准确的表达了

我们下面要讲的就是  Runtime Data Area  部分

二. 运行时数据区

JVM  会在执行  Java  程序的时候把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区, 如下:

2.1 程序计数器

线程私有

2.1.1 存储数据类型

指向下一条需要执行的字节码指令; 如果线程正在执行一个  Java  方法, 该计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址; 如果正在执行  Native  方法, 该计数器值则为空(  Undefined  )

2.1.2 异常情况

该区域是是唯一一个在  Java  虚拟机中没有规定任何  OutOfMemoryError  情况的区域

2.2 Java虚拟机栈

线程私有

2.2.1 存储数据类型

描述  Java  方法执行的内存模型, 每个方法调用就对应着一个栈帧的入栈和出栈; 一个栈帧里面存储了局部变量表, 操作数栈, 动态链接, 方法出口等信息

局部变量表存储了编译器可知的各种基本数据类型, 对象引用,  returnAddress  ; 局部变量表的大小在编译期间即可确定, 运行期间大小不变

2.2.2 异常情况

  1. StackOverflowError  : 线程请求栈深度大于虚拟机允许深度

异常示例代码:

public class JavaVMStackSOF {    private int stackLength = 1;    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackSOF sof = new JavaVMStackSOF();        try {
            sof.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("Stack Length: " + sof.stackLength);            throw e;
        }
    }
}
  1. OutOfMemoryError  : 虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够内存

异常示例代码:

public class JavaVMStackOOM {    private void dontStop() {        while (true) {
        }
    }    public void stackLeakByThread() {        while (true) {            new Thread(new Runnable() {                @Override
                public void run() {
                    dontStop();
                }
            }).start();
        }
    }    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

注: 由于操作系统分配给每个进程的内存空间是有限制的, 所以如果是由于建立过多的线程导致内存溢出, 在不能减少线程数或者更换  64  位虚拟机的情况下, 可以选择通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程

2.3 本地方法栈

线程私有

2.3.1 存储数据类型

和虚拟机栈类似, 只是本地方法栈提供的是  Native  方法服务

2.3.2 异常情况

StackOverflowError  和  OutOfMemoryError

2.4 Java堆

  1. 线程共享

  2. 垃圾收集管理的主要区域

2.4.1 存储数据类型

几乎所有的对象实例都在这里分配

2.4.2 异常情况

OutOfMemoryError

异常示例:

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

2.5 方法区

  1. 线程共享

  2. 该区域的垃圾回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

2.5.1 存储数据类型

存储已被虚拟机加载的类信息, 常量, 静态变量, 即使编译器编译后的代码等数据

2.5.2 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分, 但是  JDK6  之后, 常量池被放入了堆中;

Class  文件中也有常量池部分, 即编译期生成的各种字面量和符号引用, 这部分将在类加载后进入方法区的运行时常量池中, 此外还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中

运行时常量池相对于  Class  文件常量池的另外一个最重要的特征是具备动态性, 即运行期间也可以将新的常量放入池中, 比如  String  的  intern()  方法

String.intern()  作用是: 如果字符串常量池中已经包含一个等于此  String  对象的字符串, 则返回代表池中这个字符串的  String  对象; 否则, 将此  String  对象包含的字符串添加到常量池中, 并且返回此  String  对象的引用

同样, 收方法区的限制, 当常量池无法再申请到内存时会抛出  OutOfMemoryError

2.5.3 异常情况

OutOfMemoryError  : 方法区无法满足内存分配需求

异常示例:

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

2.6 直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分, 但是也被频繁使用, 如: 在  JDK1.4  中新加入了  NIO  类, 引入了一种基于通道(  Chanel  )和缓冲区(  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, 避免了在  Java  堆和  Native  堆中来回复制数据, 提高性能

同样会产生  OutOfMemoryError

三. 常见问题

注: 下文摘自文末参考链接, 权作个人笔记~

  1. 程序运行永远都是在栈中进行的,因而参数传递时, 只存在传递基本类型和对象引用的问题, 不会直接传对象本身; 但是传引用的错觉是如何造成的呢? 在运行栈中, 基本类型和引用的处理是一样的, 都是传值, 所以, 如果是传引用的方法调用, 也同时可以理解为“传引用值”的传值调用, 即引用的处理跟基本类型是完全一样的; 但是当进入被调用方法时, 被传递的这个引用的值, 被程序解释(或者查找)到堆中的对象, 这个时候才对应到真正的对象; 如果此时进行修改; 修改的是引用对应的对象; 而不是引用本身; 即: 修改的是堆中的数据; 所以这个修改是可以保持的了

  2. 我产生的对象不多呀, 为什么还会产生  OutOfMemory  ?

答: 你继承层次忒多了,  Heap  中产生的对象是先产生父类, 然后才产生子类, 明白不?

  1. OutOfMemory  错误分几种? 答: 分两种, 分别是  OutOfMemoryError:java heap size  和  OutOfMemoryError: PermGen space  , 两种都是内存溢出,  heap size  是说申请不到新的内存了, 这个很常见,检查应用或调整堆内存大小;  PermGenspace  是因为永久存储区满了, 这个也很常见, 一般在热发布的环境中出现, 是因为每次发布应用系统都不重启, 久而久之永久存储区中的死对象太多导致新对象无法申请内存, 一般重新启动一下即可

  2. 为什么不建议在程序中显式的生命  System.gc()  ? 答: 因为显式声明是做堆内存全扫描, 也就是  Full GC  , 是需要停止所有的活动的(  Stop The World Collection  ), 你的应用能承受这个吗?

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