JVM内存区域介绍以及内存溢出示例

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JVM内存区域介绍

首先需要弄明白JVM的内存区域，JVM的内存区域如图：

来自《深入理解Java虚拟机》
下面分别对各个区域的功能做个说明：

程序计数器：是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于Java虚拟机的
多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个核心，或者
一个处理器只会处理一个线程的某条指令。因此，线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一
个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。所以这个地方也不会出现OutOfMemoryErro
r情况的区域。

Java虚拟机栈：当每次调用一个方法的时候，其实就是在JVM内存上分配一个栈帧。这个栈帧包含一些局部变
量表等信息。其中局部变量表所需的内存空间在编译期间就完成了分配。那针对这个区域规定了两种异常信息
：第一种，如果栈请求的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常。第二种，如果虚拟
机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈：主要为虚拟机使用到的native 方法服务。这部分在JVM的规范里面没有强制规定如何实现。与虚拟
机栈一样，同样会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError 两种异常信息。

Java堆：是被所有线程共享的一块内存区域，该内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例
都是在这里分配创建。由于他是虚拟机中管理的最大一块内存，所以是主要的收集区域。如果还需要再堆上分
配实例，但是无法扩展出足够的内存空间，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区：也是各个线程共享的部分。主要用于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
译后的代码等数据。人们更愿意把这个部分称为“永久代”。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收
和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意。

内存溢出的示例
通过分析内存溢出，可以根据异常信息快速判断是哪个区域的内存溢出，知道什么样的代码可能会导致这些区
域内存溢出，以及出现这些异常后该如何处理。（首先我们一般都是基于Sun公司的，HotSpot虚拟机运行的。）

Java堆内存溢出

如何产生Java堆内存溢出：

只要在Java堆上不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间存在可达的路径来避免垃圾回收机制清楚这些
对象，那么在对象数量达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出的异常。
Java堆内存的大小设置是通过：-Xms -Xmx 两个参数设置的，-Xms是代表堆的初始化大小，-Xmx是代表堆的扩
展大小。通过参数-XX: +HeapDumpOnOutOfMemoryError 可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的
内存堆转存储快照以便事后进行分析。

例如下面这段代码就会Java堆内存溢出：

堆空间内存溢出实例代码
这里运行时的命令是： java -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，限制堆的初始化大小
和可扩展到的大小都是20M，并且当发生内存溢出后将内存堆快照保存为堆转储文件。

-Xms -Xmx 都是20M
当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息”java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示”Java heap space”.要
解决Java堆上的内存溢出，需要通过工具进行详细的排查，这里先不介绍。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

虚拟机栈的栈容量是通过-Xss 参数设定的。关于虚拟机栈会存在两种异常：（但是一般都是抛出StackOverflow
Error.）

1. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

2. 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
下面这段代码就会造成StackOverflowError异常：

栈空间内存溢出示例代码


这里运行时的命令是：java -Xss160K TestStack，限制栈的空间大小为160k。

出现的异常信息
方法区内存溢出
常量池是属于方法区的一部分，为了验证方法区内存溢出，这里程序就不断添加常量来造成方法区的内存溢出。
首先限制一下方法区的大小： 我们可以通过-XXermSize 和 -XX:MaxPermSize限制方法区大小。

产生异常的示例代码如下：

方法区内存溢出示例代码


这里运行时的命令是：java -XXermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m ConstantPool

出现的异常信息
从运行结果中可以看到，运行时常量池溢出，在OutOfMemoryError后面跟随的提示信息是”PermGen space”。

总结

JVM内存区域划分，便于它能够更加高效的管理自身的内存。当程序中出现这种由于JVM造成的内存溢出的情
况的时候，需要根据不同的情况做不同的分析与处理。

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