第2章Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

程序计数器

• 是一块较小的内存空间，他可以看做是当前线程所执行字节码的行号指示器
• 线程私有
• 没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

Java虚拟机栈

• 线程私有，每个方法执行时都会同步创建一个栈帧
• 描述的是java方法执行的线程内存模型

栈帧结构图：

栈帧结构图

1. 局部变量表：存放编译期可知的各种java虚拟机基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址），存储空间以局部变量槽来表示（long和double占2个，其余均为1个）

两类异常情况：

• 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError
• 如果java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError（==++注：HotSpot虚拟机的栈容量无法动态扩展，所以线程申请栈空间成功就不会OOM++==）

本地方法栈

为虚拟机使用本地（Native）方法服务。与虚拟机栈类似。

java堆

• 被所有线程共享
• 用来存放对象实例

方法区

• 各个线程共享
• 存储已经被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存
• 该区域内存回收的主要目标是针对常量池的回收和对类型的卸载

运行时常量池

• 方法区的一部分
• Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用
• class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性（如String类的intern()方法）

直接内存

• 不是虚拟机运行时数据区的一部分
• NIO类，引入了一种基于channel与Buffer的I/O方式，可使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作

HotSpot虚拟机

对象的创建

1. 检查new指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用
2. 检查符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过，如没有则执行相应的类加载过程
3. 为新生对象分配内存
   • 内存规整：指针碰撞（使用Serial、ParNew）
   • 内存不规整：虚拟机必须维护一个列表（空闲列表）（CMS）

对象创建在虚拟机中频繁，保证线程安全的方案：

1. CAS操作保证更新操作的原子性
2. 把内存分配按照线程划分在不同的空间，每个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB） 通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定

对象的内存布局

1. 对象头。

   • Mark Word。用于存储对象自身的运行时数据

     
     
     image
   • 类型指针。对象指向它的类型元数据的指针
2. 实例数据。对象真正存储的有效信息
3. 对齐填充

对象的访问定位

1. 使用句柄
   
   

   使用句柄

• 优点： reference存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要改变
• 缺点： 增加了一次指针定位的时间开销

2. 直接指针
   
   

   直接指针

• 优点： 节省了一次指针定位的开销
• 缺点： 在对象被移动时，reference本身需要修改

实战：OutOfMemoryError异常（简介）

Java堆溢出

现象：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
参数：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 可以在发生内存溢出时dump出当前的内存堆转储快照
处理：确定是内存溢出还是内存泄漏后

虚拟机栈和本地方法栈溢出

栈容量参数：-Xss
HotSpot只会出现StackOverflowError

方法区和运行时常量池溢出

现象：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen sapce（1.6）

元空间参数：

• -XX:MaxMetaspaceSize: 设置元空间大小，默认是-1，只受本地内存限制
• -XX:MetaspaceSize:指定元空间的初始空间大小，以字节为单位
• -XX:MinMetasapceFreeRatio:在垃圾收集之后控制最小的元空间剩余容量的百分比。
• -XX:MaxMetasapceFreeRatio:用于控制最大的元空间剩余容量的百分比

本机直接内存溢出

参数：-XX:MaxDirectMemorySize。默认与Java堆最大值一样