一、JDK、JRE和JVM到底是什么
JDK ：英文名称（Java Development Kit），Java 开发工具包。jdk 是整个 Java 开发的核心，它集成了 jre 和一些好用的小工具。例如：javac.exe，java.exe，jar.exe 等。
JRE ：英文名称（Java Runtime Environment），我们叫它：Java 运行时环境。它主要包含两个部分，jvm 的标准实现和 Java 的一些基本类库。它相对于 jvm 来说，多出来的是一部分的 Java 类库。
JVM ：英文名称（Java Virtual Machine），就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它只认识 xxx.class 这种类型的文件，它能够将 class 文件中的字节码指令进行识别并调用操作系统向上的 API 完成动作。所以说，jvm 是 Java 能够跨平台的核心，具体的下文会详细说明。
这三者的关系是：一层层的嵌套关系。JDK>JRE>JVM。
二、JVM 内存溢出模拟体验
- 堆溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)
- 栈溢出(StackOverflowError)
- 永久代溢出(OutOfMemoryError: PermGen space)
- 直接内存溢出
2.1 堆溢出
创建对象时如果没有可以分配的堆内存，JVM就会抛出OutOfMemoryError:java heap space异常。
堆溢出实例：
/**
* VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
int i=0;
while(true){
list.add(new byte[5*1024*1024]);
System.out.println("分配次数："+(++i));
}
}
运行结果：
分配次数：1
分配次数：2
分配次数：3
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid2464.hprof ...
Heap dump file created [16991068 bytes in 0.047 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at com.ghs.test.OOMTest.main(OOMTest.java:16)
附：dump文件会在项目的根目录下生成
从上面的例子我们可以看出，在进行第4次内存分配时，发生了内存溢出。
2.2 栈溢出
栈空间不足时，需要分下面两种情况处理：
- 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
- 虚拟机在扩展栈深度时无法申请到足够的内存空间，将抛出OutOfMemberError
附：当前大部分的虚拟机栈都是可动态扩展的。
1、栈空间不足——StackOverflowError实例
public class StackSOFTest {
int depth = 0;
public void sofMethod(){
depth ++ ;
sofMethod();
}
public static void main(String[] args) {
StackSOFTest test = null;
try {
test = new StackSOFTest();
test.sofMethod();
} finally {
System.out.println("递归次数："+test.depth);
}
}
}
执行结果:
递归次数：982
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at com.ghs.test.StackSOFTest.sofMethod(StackSOFTest.java:8)
at com.ghs.test.StackSOFTest.sofMethod(StackSOFTest.java:9)
at com.ghs.test.StackSOFTest.sofMethod(StackSOFTest.java:9)
……后续堆栈信息省略
我们可以看到，sofMethod()方法递归调用了982次后，出现了StackOverflowError。
2、栈空间不足——OutOfMemberError实例
单线程情况下，不论是栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，都会抛出StackOverflowError，导致单线程情境下模拟栈内存溢出不是很容易，不过通过不断的建立线程倒是可以产生内存溢出异常。
public class StackOOMTest {
public static void main(String[] args) {
StackOOMTest test = new StackOOMTest();
test.oomMethod();
}
public void oomMethod(){
while(true){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
loopMethod();
}
}).start();;
}
}
private void loopMethod(){
while(true){
}
}
}
运行结果：
……操作系统直接挂掉了
如果哪位大神能够成功模拟，还望指点一二。
2.3 永久代溢出
永久代溢出可以分为两种情况，第一种是常量池溢出，第二种是方法区溢出。
1、永久代溢出——常量池溢出
要模拟常量池溢出，可以使用String对象的intern()方法。如果常量池包含一个此String对象的字符串，就返回代表这个字符串的String对象，否则将String对象包含的字符串添加到常量池中。
public class ConstantPoolOOMTest {
/**
* VM Args:-XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
int i=1;
try {
while(true){
list.add(UUID.randomUUID().toString().intern());
i++;
}
} finally {
System.out.println("运行次数："+i);
}
}
}
运行结果:
……比较尴尬的是，通过intern，始终无法模拟出常量池溢出，我的猜想是JDK7对常量池做了优化。
如果哪位大神成功模拟出来了，还望指点一二。
找了好久，终于弄清楚了使用string.intern()方法无法模拟常量池溢出的原因。
因为在JDK1.7中，当常量池中没有该字符串时，JDK7的intern()方法的实现不再是在常量池中创建与此String内容相同的字符串，而改为在常量池中记录Java Heap中首次出现的该字符串的引用，并返回该引用。
简单来说，就是对象实际存储在堆上面，所以，让上面的代码一直执行下去，最终会产生堆内存溢出。
下面我将堆内存设置为：-Xms5m -Xmx5m，执行上面的代码，运行结果如下：
运行次数：58162
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.lang.Long.toUnsignedString(Unknown Source)
at java.lang.Long.toHexString(Unknown Source)
at java.util.UUID.digits(Unknown Source)
at java.util.UUID.toString(Unknown Source)
at com.ghs.test.ConstantPoolOOMTest.main(ConstantPoolOOMTest.java:18)
2、永久代溢出——方法区溢出
方法区存放Class的相关信息，下面借助CGLib直接操作字节码，生成大量的动态类。
public class MethodAreaOOMTest {
public static void main(String[] args) {
int i=0;
try {
while(true){
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
@Override
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
return proxy.invokeSuper(obj, args);
}
});
enhancer.create();
i++;
}
} finally{
System.out.println("运行次数："+i);
}
}
static class OOMObject{
}
}
运行结果:
运行次数：56
Exception in thread "main"
Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"
虽然出现了异常，但是打印的堆栈信息似乎并不是我们想要的……
2.4 直接内存溢出
DirectMemory可以通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，默认与Java堆的最大值(-Xmx指定)一样。
NIO会使用到直接内存，你可以通过NIO来模拟，在下面的例子中，跳过NIO，直接使用UnSafe来分配直接内存。
public class DirectMemoryOOMTest {
/**
* VM Args:-Xms20m -Xmx20m -XX：MaxDirectMemorySize=10m
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
int i=0;
try {
Field field = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
field.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null);
while(true){
unsafe.allocateMemory(1024*1024);
i++;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.println("分配次数："+i);
}
}
}
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
at com.ghs.test.DirectMemoryOOMTest.main(DirectMemoryOOMTest.java:20)
分配次数：27953
**总结： **
栈内存溢出：程序所要求的栈深度过大。
堆内存溢出： 分清内存泄露还是 内存容量不足。泄露则看对象如何被 GC Root 引用，不足则通过调大-Xms，-Xmx参数。
永久代溢出：Class对象未被释放，Class对象占用信息过多，有过多的Class对象。
三、Java虚拟机发展史
- Sun Classic / Exact VM
- Sun HotSpot VM
- Sun Mobile-Embedded VM / Meta-Circular VM
- BEA JRockit / IBM J9 VM
- Azul VM / BEA Liquid VM
- Apache Harmony / Google Android Dalvik VM
- Microsoft JVM 及其他
如何查看自己的虚拟机版本？
控制台输入：java -version，即可查看。
wolf@WOLF ~ $ java -version
java version "1.8.0_111"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_111-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.111-b14, mixed mode)
wolf@WOLF ~ $
四、Java虚拟机的内存管理
4.1 内存区域
根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》规定，Java虚拟机所管理的内存将包括以下几个运行时数据区域，如图：
线程私有的内存区域：
-
程序计数器：
可看做当前线程执行字节码的行号指示器，字节码解释器工作时通过改变计数器的值来选择下一条所需执行的字节码指令如果线程执行的是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native 方法，这个计数器的值为undefined
此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域
-
虚拟机栈：Java方法执行的栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用至执行完成的过程，都对应一个栈帧在虚拟机栈的入栈到出栈的过程
- 局部变量表：存放编译期可知的基本数据类型（boolean、byte、char、int等）、对象引用（reference类型）和 returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）
本地方法栈：Native方法执行的栈帧
所有线程共享的内存区域：
堆：存放对象实例和数组
-
方法区：存储被虚拟机加载的Class类信息、final常量、static静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
- 运行时常量池：存放编译生成的各种字面量和符号引用，运行期间也可能将新的常量放入池中