Java内存模型

【Java运行时数据区】方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器

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程序计数器：当前线程执行字节码的行号指示器；每个线程都有一个独立的程序计数器，“线程私有”内存区域；

虚拟机栈：线程私有，描述Java方法执行的内存模型：栈帧。栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈；

本地方法栈：为虚拟机使用到的Native方法服务；

Java堆（GC堆）：所有线程共享，存放几乎所有对象实例（栈上分配、标量替换优化技术导致特例）；垃圾收集器采用分代收集算法，Java堆细分为新生代和老年代；

方法区：内存共享区域，存储类信息、常量、静态变量和编译后的代码；HotSPot程序员称之为“永久代”；

运行时常量池：方法区的一部分，动态性。

 

【对象的创建过程】

1.      遇到new指令，检查指令参数在常量池中定位到类的符号引用；

2.      检查类有没有被加载、解析、初始化；若没有执行类的加载过程。

3.      为类分配堆内存，若堆是规整的，分配方式：“指针碰撞”；

若堆不规整，分配方式：“空闲列表”；（由收集器是否带有压缩整理功能决定）

PS：为保证分配内存时线程安全，要保证分配内存的原子性；或者给每个线程预留一个缓冲区。

4.      虚拟机对对象进行设置，例如类的实例、元数据信息、哈希码等等；

 

【对象的内存布局】对象头、实例数据、对象填充。

对象头：存储对象自身的运行数据（哈希码，GC分代、锁状态）和指向元数据的类型指针；

实例数据：存储顺序受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码定义顺序的影响。相同宽度的数据分配在一起，父类中定义的变量出现在子类之前。

对象填充：对象的大小必须是8的倍数。

 

【对象的访问定位】使用栈上的reference数据。

主流的访问方式：使用句柄和直接指针。

句柄访问：Java堆中划出空间作为句柄池，reference存放对象的句柄地址；好处 —> 对象在移动的时候只改变句柄中的实例指针，不改变reference；

指针访问：reference直接存放对象地址；好处 —> 速度更快。

 

【JVM参数设置】

-Xms是设置内存初始化的大小，Java堆的大小；

-Xmx是设置最大能够使用内存的大小（最好不要超过物理内存大小）；

-Xmn是Java堆中新生代的大小（剩余空间属于老年代）；

-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；

-XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。

-Xss是设置栈容量；

-Xoss是设置本地方法栈大小，实际无效；

-XX:MaxDirectMemorySize指定本机直接内存容量，默认与-Xmx一样；

例如：在eclipse.ini中修改，

-vmargs-Xms128M -Xmx512M -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128M

 

【Java堆溢出】内存泄漏和内存溢出

内存泄漏指你用malloc或new申请了一块内存，但是没有通过free或delete将内存释放，导致这块内存一直处于占用状态；在Java中，当被分配的对象可达但已无用（未对作废数据内存单元的引用置null）即会引起。

内存溢出指你申请了10个字节的空间，但是你在这个空间写入11或以上字节的数据，就是溢出。

内存泄漏通过优化代码解决；内存溢出通过设置JVM参数解决。

public class HeapOOM {
	static class OOMObject{
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
		while(true) {
			list.add(new OOMObject());
		}
	}
}

 

【栈溢出】

StackOverflowError：线程请求的栈深度大于最大深度；

OutOfMemoryError：扩展栈时无法申请到空间；

操作系统分配的进程大小为2GB，除去GC堆和方法区就是栈空间。每个运行的线程都会消耗栈容量；

public class JavaVMStackSOF {
	private int stackLength = 1;
	public void stackLeak() {
		stackLength ++;
		stackLeak();
	}
	public static void main(String[] args) {
		JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
		try {
			oom.stackLeak();
		}catch(Throwable e) {
			System.out.println("栈深度：" + stackLength);
			throw e;
		}
	}
}

【方法区和常量池溢出】

常量池是方法区的一部分。可以通过-XX:PermSize限制方法区大小，从而限制常量池大小。

常量池溢出实例代码：

public class RunTimeConstantPoolOOM {
	public static void main(String[] args) {
		//使用List保持常量池引用，避免GC回收常量池行为
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		int i = 0;
		while(true) {
			list.add(String.valueOf(i++).intern());
		}
	}
}

【本地直接空间溢出】

明显特征：Heap Dump文件很小，程序直接或间接使用NIO。