一、 概述

在虛擬機(jī)自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制下，不容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出問題，但是一旦出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和溢出方面的問題，如果不了解虛擬機(jī)是怎樣使用內(nèi)存的，那排查錯(cuò)誤、修正問題將會(huì)成為一項(xiàng)異常艱難的工作。

二、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

1 程序計(jì)數(shù)器

Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)：

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。改變計(jì)數(shù)器的值來選取下一條要執(zhí)行的字節(jié)碼指令（和計(jì)算機(jī)CPU一樣），各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)，是“線程”私有的內(nèi)存。

2 Java虛擬機(jī)棧

Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stack）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。每個(gè)方法執(zhí)行的時(shí)候，java虛擬機(jī)會(huì)同步創(chuàng)建一個(gè)棧幀，用于存儲(chǔ)局部變量表，操作數(shù)棧，動(dòng)態(tài)連接，方法出口等信息，每個(gè)方法執(zhí)行的過程，對(duì)應(yīng)一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)中入棧和出棧的過程。

局部變量表存放編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型，引用類型和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。

如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果Java虛擬機(jī)棧容量可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展[2]，當(dāng)棧擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

3 本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的本地（Native）方法服務(wù)。

4 Java堆

Java堆（Java Heap）是虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，是被所有線程共享的，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例。

Java堆是垃圾收集器管理的內(nèi)存區(qū)域，因此一些資料中它也被稱作“GC堆”，J堆中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“新生代”“老年代”“永久代”“Eden空間”“From Survivor空間”“To Survivor空間”等名詞，這些區(qū)域劃分僅僅是一部分垃圾收集器的共同特性或者說設(shè)計(jì)風(fēng)格而已，而非某個(gè)Java虛擬機(jī)具體實(shí)現(xiàn)的固有內(nèi)存布局。

5 方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。

6 運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量與符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中。

7 直接內(nèi)存

直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中定義的內(nèi)存區(qū)域。

三、HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象探秘

1 對(duì)象的創(chuàng)建

（1）當(dāng)Java虛擬機(jī)遇到一條字節(jié)碼new指令時(shí)，先去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程

（2）在類加載檢查通過后，虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存。由Java堆是否規(guī)整決定選擇哪種分配方式：

把指針向空閑空間方向挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離，稱為“指針碰撞”

內(nèi)存不規(guī)整，已被使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯(cuò)在一起，虛擬機(jī)必須維護(hù)一個(gè)列表來記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的，分配時(shí)從列表中找一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例，并更新列表上的記錄，稱為“空閑列表”

（3）內(nèi)存分配完成之后，虛擬機(jī)必須將分配到的內(nèi)存空間（但不包括對(duì)象頭）都初始化為零值。

（4）對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置。

2 對(duì)象的內(nèi)存布局

對(duì)象在堆內(nèi)存中的存儲(chǔ)布局可以劃分為三個(gè)部分：對(duì)象頭（Header）、實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對(duì)齊填充（Padding）。

（1）對(duì)象頭：

包括兩類信息。分別是：

a.用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，官方稱它為“Mark Word”。

b.類型指針，即對(duì)象指向它的類型元數(shù)據(jù)的指針，Java虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定該對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。

（2）實(shí)例數(shù)據(jù)

是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，即我們?cè)诔绦虼a里面所定義的各種類型的字段內(nèi)容。

（3）對(duì)齊填充

并不是必然存在的，也沒有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用。

3 對(duì)象的訪問定位

Java程序會(huì)通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對(duì)象，對(duì)象訪問方式由虛擬機(jī)實(shí)
現(xiàn)而定，主流的訪問方式主要有使用句柄和直接指針兩種：

（1）使用句柄訪問

Java堆中將可能會(huì)劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自具體的地址信息。

（2）使用直接指針訪問

Java堆中對(duì)象的內(nèi)存布局就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址，如果只是訪問對(duì)象本身的話，就不需要多一次間接訪問的開銷。最大的好處是速度更快，它節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷。

四、實(shí)戰(zhàn)：OutOfMemoryError異常

【代碼實(shí)踐，沒有跟著做，記錄一下要點(diǎn)吧】

1 Java堆溢出

2 虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

1）如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。
2）如果虛擬機(jī)的棧內(nèi)存允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展棧容量無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)，將拋出
OutOfMemoryError異常。

3 方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池溢出

在JDK 8以后，HotSpot還是提供了一些參數(shù)作為元空間的防御措施，主要包括：
·-XX：MaxMetaspaceSize：設(shè)置元空間最大值，默認(rèn)是-1，即不限制，或者說只受限于本地內(nèi)存大小。
·-XX：MetaspaceSize：指定元空間的初始空間大小，以字節(jié)為單位，達(dá)到該值就會(huì)觸發(fā)垃圾收集進(jìn)行類型卸載，同時(shí)收集器會(huì)對(duì)該值進(jìn)行調(diào)整：如果釋放了大量的空間，就適當(dāng)降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過-XX：MaxMetaspaceSize（如果設(shè)置了的話）的情況下，適當(dāng)提高該值。
·-XX：MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空間剩余容量的百分比，可減少因?yàn)樵臻g不足導(dǎo)致的垃圾收集的頻率。類似的還有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空間剩余容量的百分比。

4 本機(jī)直接內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存（Direct Memory）的容量大小可通過-XX：MaxDirectMemorySize參數(shù)來指定，如果不去指定，則默認(rèn)與Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。

五、 本章小結(jié)

本章只是講解了各個(gè)區(qū)域出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常的原因。

先看書記錄一下要點(diǎn)，之后看視頻的時(shí)候會(huì)進(jìn)行補(bǔ)充記錄。
（如果能堅(jiān)持到看視頻的話……）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《深入理解JAVA虚拟机》周志明 第三版 - 第二章 JAVA内存区域与内存溢出异常的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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