Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域：

包括 方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆 和程序计数器。

 

程序计数器：

是一块较小的内存空间，它的作用可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

每一个线程都有自己私有的程序计数器。

如果线程正在执行的是一个JAVA方法，该计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果正在执行的是native方法，则计数器值为空（undefined）。此内存区域是唯一一个在JAVA虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

 

JAVA虚拟机栈：

也是线程私有的，生命周期和线程相同。每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（stack frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈道出栈的过程。

 

这个JAVA虚拟机栈就是我们常说的“栈”。局部变量表存放了元数据类型、引用类型

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

 

在JVM规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

 

1. 如果线程请求的栈深度大于JVM允许的深度，抛出StackOverflowError
2. 如果虚拟机栈可以动态扩展（目前大部分JVM都可动态扩展），当扩展时无法申请到足够的内存时，会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈：

与虚拟机栈作用类似，只不过前者是执行JAVA方法服务，而本地方法栈是为Native方法服务。

HotSpot将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

和虚拟机栈一样会抛出来两种异常。

JAVA堆：

JAVA堆是被所有线程共享的一块内存区域，在JVM启动时创建。其作用就是存放对象实例。

JVM规范规定：所有的对象实例及数组都要在堆上分配。

JAVA堆也是垃圾回收管理的主要区域。

由于现在收集器基本采用分代收集算法，所以JAVA堆还可以细分为：新生代和老年代，再细分还有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

根据JVM规范，JAVA堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，可以是固定大小的，也可以是可扩展的（用-Xmx和-Xms控制），如果堆中没有内存，也无法扩展，抛出OutOfMemoryError。

方法区：

也是所有线程共享的内存区域。它用于存放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。

在JVM规范中被描述为堆的一部分，但却又有一个non-heap的别名。

对于HOTSPOT虚拟机，方法区又被称为永久代(Permanent Generation）

这个区域一样不需要连续的内存，可以选择固定大小或者扩展，还可以选择不实现垃圾回收。确实这个区域的数据一般不参与回收，但这些数据并不一定就是永久存在了，常量池和对类型的卸载也可以成为回收的目标。

抛出OutOfMemoryError

运行时常量池：

是方法区的一部分。

在编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

这个区域并不是只有编译时产生的常量，也有运行时产生的常量，比如String.intern()方法。

OutOfMemoryError异常

直接内存：

Direct Memory

在JDK1.4中引入了NIO,是一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在JAVA堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

抛OutOfMemoryError异常

Object obj = new Object();

Object obj反映到JAVA栈的本地变量表中

new Object()反映到JAVA堆中，长度不确定，在JAVA堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存放在方法区中。

引用访问对象的方法主流的有两种：

1. 使用句柄访问方式，JAVA堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，引用对象存储的是对象的句柄地址，而句柄中包含着对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。
2. 直接指针访问方式。引用对象中直接存储的就是对象地址。，在堆中的对象又有一个指针指向方法区的对象类型数据。

句柄访问方式最大的好处是在对象被移动时（垃圾回收经常会移动对象），只用改变句柄中的实例数据指针，而引用对象不用修改。

直接指针方式最大的好处是速度更快。HOTSPOT使用这种方式。

设置堆不可扩展，将-Xms和-Xmx参数设置一样即可。

栈溢出

-Xoss参数设置本地方法栈大小（在HOTSPOT虚拟机中，由于本地方法栈和虚拟机栈是一起的，所以这个参数是无效的），-Xss参数设定栈大小。

栈溢出会抛出两种异常stackoverflow和outofmemory，前者表示线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，后者表示无法申请到足够的内存空间。

实验表明，单线程只会有stackoverflow,不会有outofmemory.但多线程会产生Outofmemory。

这是因为，OS分配给每个进程的内存是有限制的，比如32位windows限制为2GB，栈内存的总量是由2GB减去堆内存（Xmx）,再减去方法区容量（MaxPermSize），因为程序计数器消耗内存很小，可以忽略不计。而栈内存又被多个线程所瓜分，这样在线程很多的情况下，内存就可能会耗尽。

运行时常量池溢出

通过String.intern()方法可以向运行时常量池增加内容，该方法会检测常量池中是否有某个字符串，如果有就返回池中的字符串，否则将该字符串加入常量池，再返回该常量池字符串的引用。

由于常量池分配在方法区中，可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来限制方法区大小。方法区溢出的标志就是OutOfMemoryError: PermGen Space.

方法区溢出

主要是由于动态生成了太多的类造成的，这种溢出的实际场景比如大量JSP或动态生成JSP文件的应用（JSP第一次运行时会需要编译成JAVA类）CGLIB等动态代理生成框架产生的动态类等

本机直接内存溢出

DirectMemory容量可以由-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与JAVA堆最大值（-Xmx)一样。实际上DirectByteBuffer并没有直接申请分配内存，而是先计算，如果计算得知无足够内存可分配，就抛出异常。