Java内存区域与内存溢出异常(1)

一.运行时的数据区域划分

java虚拟机在运行的时候，会将内存分配出这么几个区域

程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，方法区和堆

1.程序计数器：

    Program Counter Register是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。各个线程独立，并且是java虚拟机中唯一一个不会发生OutOfMemoryError情况的区域。

2.虚拟机栈:

  虚拟机栈也是线程私有的。在每个方法在执行的时候会创建一个栈帧，（Stack Frame），用于存放局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每个方法在调用直到执行完毕的过程中，都对应一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

如果请求栈的深度大于虚拟机允许的栈深度，会抛出StackOverflowError。

如果虚拟机可以动态扩展，在扩展的时候无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError。

3.本地方法栈:

Native Method Stacks与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，只不过一个是执行Java方法，一个是Nataive方法，HotSpot虚拟机直接将两者合二为一了。

4.堆:

堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，通常称为GC堆。

如果在堆中没有完成对实例的内存分配，并且其也不再可以进行扩展的时候，会抛出OutOfMemoryError。

5.方法区:

Method Area也是被所有线程共享的一块内存区域，用于储存已经被虚拟机加载出的类信息，常量，静态变量，JIT编译后的代码等数据。

同样在无法申请更多的内存时抛出OutOfMemoryError。

6.直接内存:

Direct Memory并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分也是频繁使用。主要在java中的NIO中使用，对进行io处理的时候，会申请直接内存，提高性能。这个区域不能被忽视，如果个内存区域之和大于物理内存的限制时，在动态扩展时也会抛出OutOfMemoryError。

7.运行时常量池:

Runtime Constant Pool是方法区的一部分。用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

二.对象

1.对象的创建:

当虚拟机在遇到new指令的时候，会去常量池中寻找是否有对应的这个类的符号引用，并且检查是否被加载，解析和初始化过。如果没有就需要执行这些动作。

java在对对象进行内存分配时，会把堆分成已使用和未使用的两个区域，如果绝对规整，那么中间放一个指针代表临界点。分配的时候只需要移动这个指针与对象相同大小的距离，这个方法叫做指针碰撞。如果这个堆的区域不是绝对规整的，那么就无法使用指针碰撞规则。这个时候就需要维护一张列表来储存那些内存块现在时可用的，这个方式叫做空闲列表。具体使用哪种方法是由所采用的垃圾收集器规定的。

当然指针碰撞是单线程的，不能在并发的时候工作，这个时候就要用到CAS算法，同时在每一个线程中分配一个小内存，用来作为分配缓冲。这种方式叫Thread Local Allocation Buffer(TLAB)。

2.对象的访问定位:

句柄访问，就是java堆中分配一块内存区域作为句柄池，而reference中储存的就是对象的句柄地址，句柄中包含了对象的实例信息和类型的地址信息。

直接指针访问，reference中存放的是实例的直接访问地址，需要考虑如何存放类型数据的相关信息。

3.实战OutOfMemory异常：

堆溢出：

运行时异常：

这里使用intern()方法，这个方法是一个Native方法，作用是在字符串常量池中如果没有同样的字符串则添加，否则直接使用。这里会把字符串常量池塞满导致常量池发生OOM。

方法区溢出：

方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述符、方法描述等。对于这个区域的测试，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。比如动态代理会生成动态类。

使用CGLib技术直接操作字节码运行，生成大量的动态类。当前很多主流框架如Spring和Hibernate对类进行增强都会使用CGLib这类字节码技术，增强的类越多，就需要越大的方法区来保证动态生成的Class可以加载入内存。

本机直接内存溢出：

这是由于使用了手动申请直接内存的时候发生的意外