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前语

本博文将从内存管理的视点，进一步探索 Java 虚拟机（JVM）。废物搜集机制为咱们打理了许多繁琐的作业，大大提高了开发的功率，可是，废物搜集也不是全能的，懂得 JVM 内部的内存结构、作业机制，是设计高扩展性运用和诊断运行时问题的根底，也是 Java 工程师进阶的必备才能。

本篇博文的要点是，谈谈 JVM 内存区域的区分，哪些区域或许产生 OutOfMemoryError？

概述

通常能够把 JVM 内存区域分为下面几个方面，其间，有的区域是以线程为单位，而有的区域则是整个 JVM 进程仅有的。

首要，程序计数器（PC，Program Counter Register）。在 JVM 标准中，每个线程都有它自己的程序计数器，而且任何时间一个线程都只要一个办法在履行，也便是所谓的当时办法。程序计数器会存储当时线程正在履行的 Java 办法的 JVM 指令地址；或许，如果是在履行本地办法，则是未指定值（undefined）。

第二，Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），前期也叫 Java 栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的 Java 办法调用。

前面谈程序计数器时，提到了当时办法；同理，在一个时间点，对应的只会有一个活动的栈帧，通常叫作当时帧，办法地点的类叫作当时类。如果在该办法中调用了其他办法，对应的新的栈帧会被创建出来，成为新的当时帧，一直到它返回结果或许履行完毕。JVM 直接对 Java 栈的操作只要两个，便是对栈帧的压栈和出栈。

栈帧中存储着局部变量表、操作数（operand）栈、动态链接、办法正常退出或许反常退出的定义等。

第三，堆（Heap），它是 Java 内存管理的核心区域，用来放置 Java 目标实例，几乎一切创建的 Java 目标实例都是被直接分配在堆上。堆被一切的线程共享，在虚拟机启动时，咱们指定的 “Xmx” 之类参数便是用来指定最大堆空间等指标。

天经地义，堆也是废物搜集器要点照料的区域，所以堆内空间还会被不同的废物搜集器进行进一步的细分，最有名的便是新生代、老年代的区分。

第四，办法区（Method Area）。这也是一切线程共享的一块内存区域，用于存储所谓的元（Meta）数据，例如类结构信息，以及对应的运行时常量池、字段、办法代码等。

因为前期的 Hotspot JVM 完结，许多人习惯于将办法区称为永久代（Permanent Generation）。Oracle JDK 8 中将永久代移除，一起增加了元数据区（Metaspace）。

第五，运行时常量池（Run-Time Constant Pool），这是办法区的一部分。如果仔细剖析过反编译的类文件结构，你能看到版别号、字段、办法、超类、接口等各种信息，还有一项信息便是常量池。Java 的常量池能够存放各种常量信息，不管是编译期生成的各种字面量，仍是需求在运行时决定的符号引证，所以它比一般言语的符号表存储的信息愈加宽泛。

第六，本地办法栈（Native Method Stack）。它和 Java 虚拟机栈是十分相似的，支撑对本地办法的调用，也是每个线程都会创建一个。在 Oracle Hotspot JVM 中，本地办法栈和 Java 虚拟机栈是在同一块儿区域，这完全取决于技能完结的决定，并未在标准中强制。

正文

首要，为了让你有个愈加直观、清晰的形象，我画了一个简略的内存结构图，里边展示了我前面提到的堆、线程栈等区域，并从数量上说明了什么是线程私有，例如，程序计数器、Java 栈等，以及什么是 Java 进程仅有。另外，还额外区分出了直接内存等区域。

【JAVA】JVM 内存区域的划分

这张图反映了实践中 Java 进程内存占用，与标准中定义的 JVM 运行时数据区之间的差别，它能够看作是运行时数据区的一个超集。究竟理论上的视角和实际中的视角是有区别的，标准侧重的是通用的、无差别的部分，而关于运用开发者来说，只要是 Java 进程在运行时会占用，都会影响到咱们的工程实践。

这儿简要介绍两点区别：

  • 直接内存（Direct Memory）区域，它便是在博文 【JAVA】文件拷贝方式 中谈到的 Direct Buffer 所直接分配的内存，也是个简单呈现问题的地方。尽管，在 JVM 工程师的眼中，并不以为它是 JVM 内部内存的一部分，也并未表现 JVM 内存模型中。
  • JVM 自身是个本地程序，还需求其他的内存去完结各种基本任务，比方，JIT Compiler 在运行时对热门办法进行编译，就会将编译后的办法储存在 Code Cache 里边；GC 等功能需求运行在本地线程之中，相似部分都需求占用内存空间。这些是完结 JVM JIT 等功能的需求，但标准中并不触及。

如果深入到 JVM 的完结细节，你会发现一些结论好像有些模棱两可，比方：

  • Java 目标是不是都创建在堆上的呢？

我注意到有一些观念，以为通过逃逸剖析，JVM 会在栈上分配那些不会逃逸的目标，这在理论上是可行的，可是取决于 JVM 设计者的挑选。据我所知，Oracle Hotspot JVM 中并未这么做，这一点在逃逸剖析相关的文档里现已说明，所以能够明确一切的目标实例都是创建在堆上。

  • 目前许多书本仍是基于 JDK 7 曾经的版别，JDK 现已产生了很大改变，Intern 字符串的缓存和静态变量曾经都被分配在永久代上，而永久代现已被元数据区取代。可是，Intern 字符串缓存和静态变量并不是被转移到元数据区，而是直接在堆上分配，所以这一点相同契合前面一点的结论：目标实例都是分配在堆上。

接下来，咱们来看看什么是 OOM 问题，它或许在哪些内存区域产生？

首要，OOM 如果通俗点儿说，便是 JVM 内存不够用了，javadoc 中对 OutOfMemoryError 的解释是，没有空闲内存，而且废物搜集器也无法供给更多内存。

这儿边隐含着一层意思是，在抛出 OutOfMemoryError 之前，通常废物搜集器会被触发，尽其所能去整理出空间，例如：

  • 在博文 【JAVA】强引证、软引证、弱引证、幻象引证有什么区别？ 的引证机制剖析中，现已提到了 JVM 会去测验收回软引证指向的目标等。
  • 在 java.nio.BIts.reserveMemory() 办法中，咱们能清楚的看到，System.gc() 会被调用，以整理空间，这也是为什么在很多运用 NIO 的 Direct Buffer 之类时，通常主张不要加下面的参数，究竟是个最后的测验，有或许避免必定的内存缺乏问题。
-XX:+DisableExplicitGC

当然，也不是在任何状况下废物搜集器都会被触发的，比方，咱们去分配一个超大目标，相似一个超大数组超过堆的最大值，JVM 能够判别出废物搜集并不能解决这个问题，所以直接抛出 OutOfMemoryError。

从我前面剖析的数据区的视点，除了程序计数器，其他区域都有或许会因为或许的空间缺乏产生 OutOfMemoryError，简略总结如下：

  • 堆内存缺乏是最常见的 OOM 原因之一，抛出的错误信息是 “java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space”，原因或许千奇百怪，例如，或许存在内存走漏问题；也很有或许便是堆的巨细不合理，比方咱们要处理比较可观的数据量，可是没有显式指定 JVM 堆巨细或许指定数值偏小；或许呈现 JVM 处理引证不及时，导致堆积起来，内存无法开释等。
  • 而关于 Java 虚拟机栈和本地办法栈，这儿要略微杂乱一点。如果咱们写一段程序不断的进行递归调用，而且没有退出条件，就会导致不断地进行压栈。相似这种状况，JVM 实践会抛出 StackOverFlowError；当然，如果 JVM 试图去扩展栈空间的的时候失败，则会抛出 OutOfMemoryError。
  • 关于老版别的 Oracle JDK，因为永久代的巨细是有限的，而且 JVM 对永久代废物收回（如，常量池收回、卸载不再需求的类型）十分不活跃，所以当咱们不断添加新类型的时候，永久代呈现 OutOfMemoryError 也十分多见，尤其是在运行时存在很多动态类型生成的场合；相似 Intern 字符串缓存占用太多空间，也会导致 OOM 问题。对应的反常信息，会标记出来和永久代相关：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”。
  • 随着元数据区的引入，办法区内存现已不再那么窘迫，所以相应的 OOM 有所改观，呈现 OOM，反常信息则变成了：“java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace”。
  • 直接内存缺乏，也会导致 OOM，这个现已在博文 【JAVA】NIO 如何完结多路复用？ 中介绍过。

后记

以上便是【JAVA】JVM 内存区域的区分的一切内容了;

介绍了首要的内存区域，以及在不同版别 Hotspot JVM 内部的改变，而且剖析了各区域是否或许产生 OutOfMemoryError，以及 OOME 产生的典型状况。

上篇精讲：【JAVA】不会有人不知道 Java 类能够在运行时动态生成吧？

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