JVM--内存区域与内存溢出异常

java是一门内存动态分配、垃圾自动回收的高级编程语言。

1 运行时数据分区

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• 方法区

用来存储已被虚拟机加载的类信息、常亮、静态变量、即时编译后的代码等数据；在hotspot虚拟机中又被称为永久代，此外字符串常量池已经在java7版本后移除永久代。

运行时常量池是方法区的一部分，具有动态性，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。

• 堆

内存中最大的一块，用于存放对象实例，是垃圾回收的主要区域；可分为新生代、老年代，也可分为Eden空间、From Survivor空间、ToSurvivor空间。

• 虚拟机栈

为虚拟机执行java方法服务，描述java方法执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口灯信息；方法的调用到执行完成对应的就是入栈到出栈的过程。

• 本地方法栈

为虚拟机使用到的Native方法服务；常用的hotspot虚拟机将虚拟机栈和本地方法栈合为一。

• 程序计数器

当前线程所执行的字节码的行号指示器。

2 HotSpot虚拟机对象探秘

2.1 对象的创建

假设类加载步骤已完成，还需要如下过程：

• • 为新生对象分配内存
  • 将分配的内存空间初始化为零值，不包括对象头
  • 虚拟机对对象进行必要的设置，如属于哪个实例、GC分代年龄等信息
  • 至此从虚拟机角度，对象已创建完成；但对java程序而言，还需执行<init>方法

其中为新生对象分配内存有两种方式：其一，指针碰撞，这种情况要求堆内存绝对规整，用过的和空闲的分别存放，只需指针在空闲空间移动相应大小即可；其二，空闲列表，虚拟机维护一个记录内存状态的列表，分配的时候找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新记录；两种方案的选择由堆是否规整决定，堆的状态又由具体的垃圾收集器绝定。

此外，对象创建是一个非常频繁的动作，需要采取措施保证线程安全。此处同样有两种方案可选，其一，同步分配空间，采用CAS配上失败重试的方式保证原子性操作；其二，分配动作按照线程在不同的空间进行划分，每个线程在堆中预先分配一小块内存（ Thread Local Allocation Buffer，TLAB），只有当TLAB用完并分配新的TLAB时才需要同步锁。

2.2 对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中分为三个区域：对象头、实例数据和对齐填充。

• • 对象头分为两部分：其一，Mark Word，用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标识等；其二，类型指针，指向对象的类元数据的指针，用来确定对象是哪个类的实例。如果是java数组，对象头中还有一块记录数组长度的数据，因为从数组的元数据无法确定数组的大小。
  • 实例数据，存储代码中所定义的各种类型的字段内容，包括父类继承的、子类自定义的。
  • 对齐填充，并不是必然存在，因为HotSpotVM要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，所以部分情况需要补齐。

2.3 对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，java程序需要通过栈上的reference数据来操作对上的具体对象，目前主流方式有使用句柄、直接指针两种方式。

• • 使用句柄，优势是reference内存储的是稳定的句柄，在对象被移动时只改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要改变。

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• • 直接指针，优势是速度快，他节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问非常频繁，这种方式可以提升很高效率，HotSpot采用这种方式

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3 OutOfMemoryError异常

• java堆溢出，抛OutOfMemoryError异常，后面提示java heap space
• 栈溢出，如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，抛StackOverflowError异常；如果虚拟机在扩展栈时无法获取足够空间，抛OutOfMemoryError异常
• 方法区和运行时常量溢出，抛OutOfMemoryError异常，后面提示PermGen space