Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域：

程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，记录当前正在执行的虚拟机字节码指令的地址，是线程私有的

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java方法执行的内存模型，每个线程私有，生命周期与线程相同。线程中的每个方法执行时会创建一个栈帧，，用于储存局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口等信息，每个方法从调用到执行完成就是一个栈帧在在虚拟机中入栈出栈的过程，其中。局部变量变存放一个线程的所有Java方法编译期可知的各种基本数据类型、对象引用（指针地址）、returnAddress类型的内存空间

本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈作用类似，但虚拟机栈为Java方法服务，而本地方法栈为Native方法服

Java堆（Java Heap）：存放对象实例，是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有的线程共享，也是垃圾收集器管理的主要区域，被称为“GC堆（Garbage Collected Heap）”

方法区（Method Area）：用于储存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，所有线程共享。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）：方法区的一部分，编译期生成的各种字面量和符号引用将在类被加载后进入运行时常量池。

直接内存（Direct Memory）：堆外内存

对象在虚拟机中的创建：

（1）虚拟机遇到new指令时

先检查常量池中是否有所new对象的类的符号引用，并检查这个类是否被加载、解析和初始化过，如果没有，就加载这个类

（2）为新生对象分配内存

a.如果Java堆中的内存空闲部分和非空闲部分是连续的，两部分仅由一个指针作为临界点分开，那分配内存时只需将指针向空闲部分移动就好，这种分配方式称为“指针碰撞”；如果两部分相互交错，则需一个列表来记录那些内存块是可用的，分配时从列表中找到一块足够大的空间分配给对象，这种方式称为“空闲列表”。空闲部分是否连续由所采用的垃圾收集器是否具有压缩功能决定。

b.对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，为避免并发情况下造成的线程安全问题，由两种方法。一是对分配内存空间的动作进行同步处理，二是创建为每个线程分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区（TLAB），在TLAB上创建对象

（3）设置对象

对象的基本信息保存在对象头里，根据当前的虚拟机运行状态，对象头会有不同的设置方式。以上工作完成后，一个新的对象就产生了，但所有字段都为0，程序员要根据需求将对象进行初始化

对象的内存布局：

对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：

（1）对象头（Header）：包含两部分，一部分用于储存对象自身的运行时数据，如哈希码，GC分代年龄等等；另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是那个类的指针。如果对象是一个Java数组，那在对象头中还要记录数组长度

（2)实例数据（Instance Date）：对象在程序代码中定义的各种类型的字段内容

（3）对齐填充（Padding）：当对象的大小不是8字节的整数倍时需要用对齐填充来将其补全到8字节的整数倍

对象的访问地址：

Java程序通过栈上的referennce数据来操作堆上的具体对象，reference类型规定了指向对象的引用，而对象访问方式有两种：

（1）使用句柄访问，Java堆中将会划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是句柄地址，句柄包含了对象实例数据与类型数据的具体地址信息。

（2）使用直接指针访问，reference中储存的是对象地址。

OutOfMemoryError（OOM）异常：

除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生内存溢出（OOM）异常的可能，内存溢出异常有以下几种情况：

（1）Java堆异常：对象实例创建过多，且垃圾回收机制没有清除这些对象，导致对象数量达到最大堆容量限制时会抛出OOM异常，并提示“Java heap space”

（2）虚拟机栈和本地方法栈溢出：如果现场请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，一个栈帧太大超过了一个栈的内存容量，将抛出StackOverflowError异常；如果线程太多，虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfErrorError异常

（3）方法区和运行时常量池溢出：JDK1.6以前，常量池分配在永久代中，JDK1.7后逐渐去永久代，当运行时将大量的变量添加到常量池中，或者产生大量的类时，会导致方法区溢出异常，并提示“PermGen space”

（4）本机直接内存溢出：直接内存溢出时，Heap Dump文件不会看到明显的异常，因此OOM后Dump文件很小