1. java内存区域与内存溢出异常

概述

运行时数据区域

java虚拟机在运行时有包含一下几个运行时的数据区域：

• 方法区
• 堆
• 虚拟机栈
• 本地方法栈
• 程序计数器

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器。
由于java的多线程是由线程的轮流切换并分配处理器执行时间的方式实现，在任何时刻只有一条线程命令在执行。
如果线程执行的java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果执行的是native方法，计数器则为空（Undefinded），此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutMemoryError情况的区域。

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java虚拟机栈

• java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
• java虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法呗执行的时候都会同时创建一个栈帧，用于存储布局变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
• 通常将java内存分为;堆内存（heap）和栈（stack，即虚拟机栈或虚拟机栈局部变量）局部变量表存放编译器可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、double)、对象引用（reference类型）、returnAddress类型
• 64位长度的long和double类型占据2个局部变量空间（Slot）,其他数据类型占用1个
• 空间在编译时就完成分配，局部变量空间是确定的

java虚拟机规范,在此区域有两个异常：

• 如果线程请求栈 的深度大于虚拟机所允许的范围，抛StackOveflowError异常；
• 如果虚拟机栈可动态扩展（大部分虚拟机均可动态扩展）java虚拟机的规范中允许固定长度的虚拟机栈，如果扩展时无法申请足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法

本地栈与虚拟机栈区别：

• 虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，
• 本地栈为虚拟机使用的Native方法服务
• sun 的SpotHot直接将上述两种合二为一

java堆

• java堆是虚拟机中所管理的内存中最大的一块，
• 被线程共享，
• 在虚拟机启动时创建。
• 唯一目的是存放对象实例
• 是垃圾收集器的管理的主要区域
• 收集器都采用分代收集算法：新生代和老年代，细分为（Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间）
• 主流虚拟机按照可扩展来实现（-Xmx和 -Xms ）,如果在堆中没有内存可分配，并且堆无法再扩展，将抛出OutOfMemoryError

方法区（别名Non-Heap非堆）

• 线程共享内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量。及时编译器编译后的代码。
• HotSpot 虚拟机，方法区称为永久代（Permanent Generation），HotSpot中将垃圾回收器扩展至方法区

问题：
更容易遇到内存溢出问题（永久代有-X X:MaxPermSzie的上限），JDK1.7中已将永久代的字符串常量池移出。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

jdk1.7 之后将常量池放入堆中

• class 文件中有一项是常量池，用于存放编译器生成的各种字面量、和符号引用。
• 运行时常量池相对于Class文件常量池，重要特征 是具有动态性，也就是并非预置入class文件中常量池的内容才能进入方法区运行是常量池，此种方法运用较多的是String的intern（）方法

直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟规范中定义的内存区域。，但是此部分也肯能导致OutOfMemoryError异常的出现

• jdk1.4中加入NIO类，基于通道与缓冲区的I/O方式，他可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个java堆中的DirectByteBuffer对象作为内存的引用进行操作。避免在java堆和native堆中来回复制数据。
• 本机直接的内存分配不会收java堆大小限制，但是书本机RAM限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，会设置-Xmx参数，忽略直接内存，使得个内存区域大雨物理内存限制，从而动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

HotSpot虚拟机对象探秘

对象创建

创建对象： 虚拟机遇到new指令，检验这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析、和初始化过。如果没有，就必须执行相应的类加载过程。

对象内存分配：

1. 指针碰撞，java堆中内存是规整的
2. 空闲列表（Free List），java堆不是规整的
   分配方式由java堆是否规整决定，java堆是否规整由采用的收集器是否带压缩整理功能决定
   Serial、parNew 带Compact过程的收集器时，系统采用指针碰撞，使用CMS基于Mark-Sweep收集器时，通常采用空闲列表。
   多线程问题：
3. 对分配内存空间的动作进行同步处理--实际虚拟机采用CAS配上失败从事的方式保证更新操作的原子性。
4. 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，（本地线程分配缓冲），-XX:+/-UseTLAB 来配置是否使用TLAB参数。

对象的内存布局（待详补）

对象在内存中存储的布局可以分3个区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对其填充（padding）。

• 对象头部分：第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、所状态标志、线程持有的锁、偏向线程Id、偏向时间戳，这些数据在32位和64位虚拟机中分别为32bit和64bit（mark word）。