JVM内存区域介绍以及内存溢出示例

在JVM的管控下，Java程序员不再需要管理内存的分配与释放，这和在C和C++的世界是完全不一样的。所以，在JVM的帮助下，Java程序员很少会关注内存泄露和内存溢出的问题。但是，一旦JVM发生这些情况的时候，如果你不清楚JVM内存的内存管理机制是很难定位与解决问题的。

JVM内存区域介绍

首先需要弄明白JVM的内存区域，JVM的内存区域如图：

来自《深入理解Java虚拟机》

下面分别对各个区域的功能做个说明：

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。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，在任何一个确定的时刻，一个核心，或者一个处理器只会处理一个线程的某条指令。因此，线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。所以这个地方也不会出现OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈：当每次调用一个方法的时候，其实就是在JVM内存上分配一个栈帧。这个栈帧包含一些局部变量表等信息。其中局部变量表所需的内存空间在编译期间就完成了分配。那针对这个区域规定了两种异常信息：第一种，如果栈请求的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常。第二种，如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈：主要为虚拟机使用到的native 方法服务。这部分在JVM的规范里面没有强制规定如何实现。与虚拟机栈一样，同样会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError 两种异常信息。

Java堆：是被所有线程共享的一块内存区域，该内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都是在这里分配创建。由于他是虚拟机中管理的最大一块内存，所以是主要的收集区域。如果还需要再堆上分配实例，但是无法扩展出足够的内存空间，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区：也是各个线程共享的部分。主要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数据。人们更愿意把这个部分称为“永久代”。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意。

内存溢出的示例

通过分析内存溢出，可以根据异常信息快速判断是哪个区域的内存溢出，知道什么样的代码可能会导致这些区域内存溢出，以及出现这些异常后该如何处理。（首先我们一般都是基于Sun公司的，HotSpot虚拟机运行的。）

Java堆内存溢出

如何产生Java堆内存溢出：

只要在Java堆上不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间存在可达的路径来避免垃圾回收机制清楚这些对象，那么在对象数量达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出的异常。

Java堆内存的大小设置是通过：-Xms -Xmx 两个参数设置的，-Xms是代表堆的初始化大小，-Xmx是代表堆的扩展大小。通过参数-XX: +HeapDumpOnOutOfMemoryError 可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转存储快照以便事后进行分析。

例如下面这段代码就会Java堆内存溢出：

堆空间内存溢出实例代码

这里运行时的命令是： java -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，限制堆的初始化大小和可扩展到的大小都是20M，并且当发生内存溢出后将内存堆快照保存为堆转储文件。

-Xms -Xmx 都是20M

当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息”java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示”Java heap space”.要解决Java堆上的内存溢出，需要通过工具进行详细的排查，这里先不介绍。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

虚拟机栈的栈容量是通过-Xss 参数设定的。关于虚拟机栈会存在两种异常：（但是一般都是抛出StackOverflowError.）

1. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

2. 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

下面这段代码就会造成StackOverflowError异常：

栈空间内存溢出示例代码

这里运行时的命令是：java -Xss160K TestStack，限制栈的空间大小为160k。

出现的异常信息

方法区内存溢出

常量池是属于方法区的一部分，为了验证方法区内存溢出，这里程序就不断添加常量来造成方法区的内存溢出。首先限制一下方法区的大小： 我们可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize限制方法区大小。

产生异常的示例代码如下：

方法区内存溢出示例代码

这里运行时的命令是：java -XX:PermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m ConstantPool

出现的异常信息

从运行结果中可以看到，运行时常量池溢出，在OutOfMemoryError后面跟随的提示信息是”PermGen space”。

总结

JVM内存区域划分，便于它能够更加高效的管理自身的内存。当程序中出现这种由于JVM造成的内存溢出的情况的时候，需要根据不同的情况做不同的分析与处理。

JVM系列还会继续往下写，持续更新中，不妨点个赞，*^_^*