Java内存区域与内存溢出异常

Java虚拟机内存的各个区域

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 （建议看“深入理解Java虚拟机”--周志明。  本blog只是为了自己整理复习而用）

分别来说一下这些区域的作用、服务对象以及其中可能产生的问题。（图片引自网络）

 

1.程序计数器 

      程序计数器是一块很小的内存，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器的作用就是通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等都需要依赖程序计数器来完成。

      程序计数器内存是线程私有内存。由于java虚拟机多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间来实现的，那么在任何一个时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。那么为了保证线程切换后能恢复到正确的执行位置呢，每个线程都有一个独立的程序计数器，各个程序计数器互相不影响。

2.Java虚拟机栈

     java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期和线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时会创建一个栈帧，用来存储 局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等。每一个方法从调用直至执行完的过程， 就对应着一个栈帧入栈和出栈的过程。其中局部变量存放着编译期可知的 基本数据类型（short、int、long、float、double、byte、char、boolean）、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令地址） 。 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。

3.本地方法栈

    本地方法栈和Java虚拟机栈很相似，它们之间的区别是 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈为所用到的Native方法服务，也是线程私有的。

 本地方法栈和虚拟机栈都可能抛出的两种异常：

    StackOverFlowError:当线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常。

    OutOfMemoryError:如果虚拟机允许动态扩展，当扩展无法申请到足够的内存的时候，将抛出OutOfMemoryError异常。

4.Java堆

      Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建。此内存唯一的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内存。在java虚拟机规范中描述的是：所有对象和数组都要在堆上分配。  

     Java的堆区也是垃圾收集管理的只要区域，关于垃圾收集我后面在整理。

5.方法区

     方法区是各个想成共享的内存区域，它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。这块区域的内存回收主要针对常量池的回收和类型的卸载。

6.运行时常量池

    运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的排版、字段、方法、接口等描述外。还有一项信息是常量池，用于存放编译期所生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中。

 

 Java堆中对象分配、布局和访问全过程

java对象在虚拟机中创建过程:

     1.类加载过程。虚拟机遇到一条new指令的时候，首先将去检查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，并检查这个符号引用所代表的类是否被加载、解析、初始化。如果没有就执行相应的类加载过程。

     2.类加载检查通过后，为新生对象分配内存。

     3.内存分配完成后，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值。

     4.虚拟机要对对象做必要的设置，如 这个对象属于哪个类，如何找到元数据信息，对象的哈希码，对象的GC分代年龄。

     5.从java程序角度，还需要执行<init>方法进行初始化。

 

对象的内存布局

      以HotSpot虚拟机为例，对象在内存中的布局可分为三块区域： 对象头，实例数据，对齐填充。

      对象头：包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行数据，如哈希码，GC分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程ID，偏向时间戳。另外一部分是 类型指针，即对象指向它类元数据的指针。虚拟机通过这个指针来判断这个对象时哪一个类的实例。

     实例数据：实例数据部分是对象的真正存储的有效信息。也是在程序代码中定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承过来的还是子类中定义的，都要记录。

     对齐填充：非必须，起到占位符的作用。（因为HotSpot VM的自动内容管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍）

对象的访问定位

      当要使用到对象的时候，Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。那么问题来了，这个引用通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置？

      两种主流的方法：

       1.使用句柄访问

       2.使用直接指针访问