Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区

Java虚拟机运行时数据区包括：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，堆，方法区，运行时常量池（方法区的一部分）。

程序计数器

==线程私有==，指向下一条要执行的指令。程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号执行器。此内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域。

Java虚拟机栈

==线程私有==，==生命周期与线程相同==。描述的是Java方法执行的内存模型：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==。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。有两种异常情况：
1. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
2. 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，将抛出OOM异常。

本地方法栈

本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。与虚拟机栈一样，也会抛出SO和OOM异常。

Java堆

==线程共享==，由于现在收集器基本采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分：新生代和老生代；更细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。==所有的对象实例以及数组都要在堆上分配==，是==垃圾收集器管理的主要区域==。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。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OOM异常。

方法区

方法区，别名叫做非堆(Non-Heap)，==线程共享==的内存区域。目的是与Java堆区分开来，==存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码==。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OOM异常。

运行时常量池

是方法区的一部分。用于存放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进入方法区的运行时常量池中存放。当常量池无法再申请到内存时，会抛出OOM异常。

HotSpot虚拟机对象探秘

对象的创建

1. 虚拟机遇到一条new指令时，首先会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，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。
2. 为新生对象分配内存。==指针碰撞==：假设Java堆中内存时绝对规整的，所有用过的内存都放一边，空闲的放另一边，中间有一个指针作为分界点。这时分配内存只需将指针向空闲空间那边移动一段与对象大小相等的距离。==空闲列表==：如果Java堆内存不是规整的，虚拟机就必须维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，在分配的时候从表上找到一块足够大的空间划分给对象，并更新列表。选择哪种分配方式有Java堆是否规整决定，而是否规整又由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。==因此，在使用Serial,ParNew等带Compact过程的收集器时，采用指针碰撞法。在使用CMS这种基于Mark-Sweep的收集器时，采用空闲列表法==。

为了保证创建对象时分配内存空间的过程是线程安全的,有2种方案。
1. 对分配内存空间的动作进行同步处理。
2. 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，==即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲==。

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都==初始化为零值==。接下来，对对象进行必要的设置。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局可以==分为3块：对象头、实例数据和对齐填充==。
1. 对象头：包括存储对象自身的运行时数据和类型指针。如果对象是数组，还有一块用于记录数组长度的数据。
2. 实例数据：对象真正存储的有效信息。
3. 对齐填充：没有特别含义，占位符。因为对象的大小必须是8字节的整数倍。

对象的访问定位

建立对象是为了使用独享，Java程序需要通过栈上的reference数据来操作对象的具体对象。
1. 使用句柄方法：Java堆会划分出一块内存作为句柄池。reference中存储的是对象句柄的地址。而对象句柄中存放着实例数据的地址和类型数据的地址。优点是对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本事不需要修改。
2. 使用直接指针：referen中存放的直接就是对象的地址。优点：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot是使用直接指针进行对象访问的。

OutOfMemoryError异常

Java堆溢出

限制Java堆的大小为20MB，不可扩展（-Xms:堆的最小值，-Xmx:最大值，设置成一样避免自动扩展）

// VM Args: -Xms20m -Xmx20m
public class HeapOOM{

    static class OOMObject{

    }

    public static void main(String[] args){
        List<OOMObject> list = new ArrayList<>();

        while(true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

Java堆内存的OOM异常时实际应用中常见的内存溢出情况。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

栈容量只由-Xss参数设定
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，将抛出OutOfMemoryError异常。

方法区和运行时常量池溢出

本机直接内存溢出