JVM(一)-内存区域与内存溢出

参考:《深入理解JVM——高级特性与最佳实践》

一、运行时的数据区域

数据区的线程隔离和线程共享

程序计数器
当前线程所执行的字节码的行号指示器,保证线程切换之后能回到正确的执行位置,是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定OOM情况的区域。

虚拟机栈
生命周期与线程相同,描述的是java方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等。每一个方法被调用至执行完的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期间可知的各种基本数据类型,所需要的内存在编译期间完成分配,在运行期间不会改变局部变量表的大小。

两种异常: 
StackOverflowError线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度; 
OutOfMemoryError虚拟机动态扩展时(使运行中的程序去调用在源代码中未曾提及的,而是在程序运行中决定的类型)无法申请到足够的内存时。  

本地方法栈
虚拟机栈为执行java服务,本地栈为使用到的Native方法服务。

两种异常: 
StackOverflowError 
OutOfMemoryError

java堆
在虚拟机启动的时候创建,目的是存放对象实例,是垃圾收集器管理的主要区域,也被成为GC堆。
java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,堆内存可扩展(-Xmx -Xms)。
OutOfMemory:在堆中没有内存完成实例分配,且堆无法扩展。

方法区
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码,物理上不连续的内存空间。垃圾回收行为在这个区域比较少见,主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池是方法区的一部分,存放编译期生成的各种字面量、符号引用和翻译出来的直接引用(chapter-6)。
OutOfMemory:方法区无法满足内存分配需求时(常量池无法再申请到内存时)。

直接内存
并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范定义的内存区域。NIO(new I/O)类,引入了基于通道(channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,使用Native函数直接分配堆外内存,然后通过java堆里的DirectByteBuffer对象操作这块内存,避免了在java堆和Native堆中来回复制数据。
OufOfMemoryError:各内存区域的总和大于物理内存限制。

二、对象创建

  1. 类的加载:先去常量池中查是否能定位到一个类的符号引用(chapter-7),检查这个符号引用所代表的类是否已经被加载。
  2. 为新生对象分配内存:指针碰撞法、空闲列表。为了保证线程安全,采用TLAB(-XX:+UseTLAB)或CAS+失败重试的方法分配内存。
  3. 将内存空间初始化为0.
  4. 设置对象。对象在存储中的布局分为对象头(运行时数据<如哈希码、GC分代表、锁状态、县线程锁等>和类型指针<即对象指向它的类元数据的指针,来确定是哪个类的实例>)、实例数据、对齐填充。
  5. 调用init方法。

三、对象访问

object obj = new Object();

object obj反应到java栈的本地变量表中,作为一个reference类型数据出现;new Object()反应到java堆中,形成一块存储了Object类型所有实例数据值的结构化内存,还必须包含能找到此对象类型数据(对象类型、父类、实现接口、方法等)的地址,这些类型数据则存在方法区中。

reference类型在java虚拟机规范里只规定了一个指向对象的引用,并没有定义这个应用通过哪种方法定位,以及访问到java堆中的对象的具体位置。两种方法:

  1. 使用句柄:reference存的是对象句柄地址,好处是稳定
  2. 直接指针:存的是对象地址,好处是速度更快

四、OOM异常

  1. java堆溢出
    不断的床架对象,并保证CG Roots到对象有可达路径来避免GC清除这些对象
    配置 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 内存异常时转储快照
  2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出
    单线程时,栈帧太大或虚拟机栈容量太小,内存无法分配时都抛出StackOverflowError
    多线程时,不断建立线程产生OOM
    -Xoss 设置本地方法栈大小
    -Xss 设置栈容量
    如果是建立线程过多造成的OOM,解决方案:减少线程数、更换64位虚拟机、减少最大堆内存(Xmx)、减少栈容量(Xss)、减少最大方法区容量(MaxPermSize)。
  3. 常量池溢出,向运行时常量池添加内容,使用String.intern()
  4. 方法区溢出,运行时产生大量的类。
  5. 本机直接内存溢出,通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,若不指定,和Xmx一样。
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