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JVM内存结构和内存溢出的情况

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JVM内存结构和内存溢出的情况

 

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

java虚拟机栈

与程序计数器一样,java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的线程内存模型:每个方法被执行的时候,java虚拟机栈都会同步一个栈帧 用于存放局部变量表,操作数栈,动态连接,方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程,就对应的一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

ps:HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的,以前的Classic虚拟机倒是可以。所以在HotSpot虚拟 机上是不会由于虚拟机栈无法扩展而导致OutOfMemoryError异常——只要线程申请栈空间成功了就不会有OOM,但是如果申请时就失败,仍然是会出现OOM异常的。

本地方法栈

本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别只是虚拟机 栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native) 方法服务。

java堆

对于Java应用程序来说,Java堆(Java Heap)是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是:“所有 的对象实例以及数组都应当在堆上分配“,随着Java语言的发展,现在已经能看到些许迹象表明日后可能出现值类型的支持,即使只考虑现在,由于即时编 译技术的进步,尤其是逃逸分析技术的日渐强大,栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙 的变化悄然发生,所以说Java对象实例都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。

  • 逃逸分析、栈上分配、标量替换:简单说,即时编译器会对方法中的对象作用域进行分析,如果这个对象只是在该方法中使用,可以认为这个对象是没有逃逸出该方法的,当遇到这种情况时,JVM会针对这个对象做一些栈自动分配的事情。那么也就不需要占用堆内存也不需要被垃圾回收器管理,当栈帧压出(方法执行完返回了)该对象的内存会自动释放。标量可以理解成一种不可分解的变量,如java内部的基本数据类型、引用类型等。 与之对应的聚合量是可以被拆解的,如对象。当通过逃逸分析一个对象只会作用于方法内部,虚拟机可以通过使用标量替换来进行优化。此时只需要在栈中使用标量来简化整个逻辑,甚至不需要创建这个对象的实例。

方法区

类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中把 方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫作“非堆”(Non-Heap),目的是与Java堆区 分开来。

《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的,除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选 择固定大小或者可扩展外,甚至还可以选择不实现垃圾收集。

  • 运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字 段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池表(Constant Pool Table),用于存放编译期生 成的各种字面量与符号引用,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。 Java虚拟机对于Class文件每一部分(自然也包括常量池)的格式都有严格规定,如每一个字节用 于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、加载和执行,但对于运行时常量池, 《Java虚拟机规范》并没有做任何细节的要求,不同提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现 这个内存区域,不过一般来说,除了保存Class文件中描述的符号引用外,还会把由符号引用翻译出来 的直接引用也存储在运行时常量池中。

既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存 时会抛出OutOfMemoryError异常。

会发生内存溢出的区域

  • 程序计数器:不会出现内存溢出的区域

  • 虚拟机栈:在《Java虚拟机规范》中,对这个内存区域规定了两类异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展当栈扩 展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

  • 本地方法栈:与虚拟机栈一样,本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

  • java堆:如果java堆中没有内存完成实例分配,并且对无法扩展时,java虚拟机会抛出OutOfMemoryError。

  • 方法区:根据《Java虚拟机规范》的规定,如果方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出 OutOfMemoryError异常。

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