3-JVM 运行时数据区
目录
1.堆（线程共享）（最大的一块区域）
2.Java虚拟机栈（线程私有）
3.本地方法栈（线程私有）
4.程序计数器（线程私有）
5.方法区（线程共享）
6.小结
PS：内存布局中的异常问题
①Java堆溢出
②虚拟机栈和本地方法栈溢出
JVM 运行时数据区域也叫内存布局。
但需要注意的是它和 Java 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM，是一种读写操作规范）完全不同，属于完全不同的两个概念。
它由以下5 大部分组成：
1.堆（线程共享）（最大的一块区域）
堆的作用：程序中创建的所有对象都保存在堆中。
我们常见的 JVM 参数设置 -Xms10m 最小启动内存是针对堆的，-Xmx10m 最大运行内存也是针对堆的。
【ms 是 memory start 简称，mx 是 memory max 的简称。】
- -XX：标准参数设置。
- -X：特定平台参数设置：
- -Xms=最小的内存。
- -Xmx=最大的内存。
堆里面分为两个区域：新生代和老生代，它们进行垃圾回收的频率、进行垃圾回收使用的策略是不一样的。
- 新生代放新建的对象。
- 当经过一定 GC 次数（HotSpot默认GC次数是15次）之后还存活的对象会放入老生代，大文件也会放入老生代。
- 新生代还有 3 个区域：一个 Endn【占新生代的80%】 + 两个 Survivor（S0/S1）【占新生代的20%，各占10%】。
垃圾回收的时候90%的对象是撑不过JVM第一轮垃圾回收的，会将 Endn 中存活的对象放到一个未使用的 Survivor 中，并把当前的 Endn 和正在使用的 Survivor 清除掉。这样性能很高的。
2.Java虚拟机栈（线程私有）
Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同。
Java 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。
常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。
Java 虚拟机栈中包含了以下 4 部分：
- 局部变量表： 存放了编译器可知的各种基本数据类型（8大基本数据类型）、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
- 操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈。
- 动态链接：指向运行时常量池的方法引用。【字符串是放在字符串常量池中】
- 方法返回地址：PC 寄存器的地址。
什么是线程私有?
由于JVM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，因此在任何一个确定的时刻，一个处理器（多核处理器则指的是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。
因此为了切换线程后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。
3.本地方法栈（线程私有）
本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使用的，而本地方法栈是给本地方法【native方法，C++实现的】使用的。
4.程序计数器（线程私有）
程序计数器的作用：用来记录当前线程执行的行号的。
程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
如果当前线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。
程序计数器内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！
5.方法区（线程共享）
方法区的作用：用来存储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的。
在《Java虚拟机规范中》把此区域称之为“方法区”，而在 HotSpot 虚拟机的实现中，在 JDK 7 时此区域叫做永久代（PermGen），JDK 8 中叫做元空间（Metaspace）。
PS：永久代（PermGen）和元空间（Metaspace）是 HotSpot 中对《Java虚拟机规范》中方法区的实现，它们三者之间的关系就好比，对于一辆汽车来说它定义了一个部分叫做“动能提供装置”，但对于不同的汽车有不同的实现技术，比如对于燃油车来说，它的“动能提供装置”的实现技术就是汽油发动机（简称发动机），而对于电动汽车来说，它的“动能提供装置”的实现就是电动发动机（简称电机），发动机和电机就相当于永久代和元空间一样，它是对于“制动器”也就是方法区定义的实现。
JDK 1.8 元空间的变化
- 对于 HotSpot 来说，JDK 8 元空间的内存属于本地内存，这样元空间的大小就不受 JVM 最大内存的参数影响了，而是与本地内存的大小有关。
- JDK 8 中将字符串常量池移动到了堆中。
运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量与符号引用。
- 字面量：字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。
- 符号引用：类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。
6.小结
- 人为设置参数导致OOM。
- 内存溢出导致OOM。
PS：内存布局中的异常问题
①Java堆溢出
Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免 GC 清除这些对象，那么在对象数量达到最大堆容量后就会产生内存溢出异常。
可以设置JVM参数-Xms:设置堆的最小值、-Xmx:设置堆最大值。
下面来看一个Java堆OOM的测试：
- 创建Test类：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Test {
static class MyOOMClass {
public byte[] bytes = null;
public MyOOMClass() {
bytes = new byte[1 * 1024 * 1024];
}
}
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add(new MyOOMClass().bytes);
System.out.println("----------i:" + i);
}
}
} - 运行Test类，出现Test：
- 设置 Idea 的启动参数：
- 运行Test类：
由于JDK里还有很多内置的对象，它们会在JVM启动时就加载，也会放在堆中，也会占用一定的空间。
所以实际的程序大小是达不到设置的10mb的。
Java堆内存的OOM异常是实际应用中最常见的内存溢出情况。
当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError"会进一步提示"Java heap space"。
当出现"Java heap space"则很明确地告知我们，OOM发生在堆上。
此时要对Dump出来的文件进行分析，以MAT为例。分析问题的产生到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow) ：
- 内存泄漏：泄漏对象无法被GC。
- 内存溢出：内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相比较检查是否还应该把JVM 堆内存调大；或者检查对象的生命周期是否过长。
以上是处理Java堆内存的简单方法，处理具体这类问题需要的工具以及知识后面博客会再具体介绍。
- 去掉参数设置，再次运行：
②虚拟机栈和本地方法栈溢出
由于我们HotSpot虚拟机将虚拟机栈与本地方法栈合二为一，因此对于HotSpot来说，栈容量只需要由Xss参数来设置。
关于虚拟机栈会产生的两种异常：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，会抛出StackOverFlow异常。
- 如果虚拟机在拓展栈时无法申请到足够的内存空间，则会抛出OOM异常。
- 范例一：观察StackOverFlow异常（单线程环境下）
/**
* JVM参数为:-Xss128k
*
*/
public class Test {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak() {
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
try {
test.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("Stack Length: "+test.stackLength);
throw e;
}
}
}出现StackOverflowError异常时有错误堆栈可以阅读，比较好找到问题所在。
如果使用虚拟机默认参数，栈深度在多数情况下达到1000-2000完全没问题，对于正常的方法调用（包括递归），完全够用。
如果是因为多线程导致的内存溢出问题，在不能减少线程数的情况下，只能减少最大堆和减少栈容量的方式来换取更多线程。
- 范例二：观察多线程下的内存溢出异常
/**
* JVM参数为:-Xss2M
* @author 38134
*
*/
public class Test {
private void dontStop() {
while(true) {
}
}
public void stackLeakByThread() {
while(true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dontStop();
}
});
thread.start();
}
}
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
test.stackLeakByThread();
}
}以上代码运行需谨慎，先记得保存手头所有工作。