【深入理解JVM（一）】：内存区域与内存异常_jvm哪块内存区不会发生内存溢出-优快云博客

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本文详细介绍了JVM的内存区域，包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区，以及各种内存异常如堆溢出、栈溢出和方法区溢出的情况。文章还探讨了Java对象的分配策略、垃圾回收机制和性能优化的初步概念。

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JVM 系列文章目录

第一篇：内存区域与内存异常
 第二篇：对象揭秘与堆内存分配策略
 第三篇：垃圾回收
 第四篇：类加载机制
 第五篇：性能优化（上）

一、JVM是什么？

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，是一种规范，正如名字一样，它是一个虚构出来的计算机。java程序有个很重要的特性就是可以跨平台，正是通过JVM来实现的，你甚至可以理解为它是一个程序和平台解耦的中间件。

执行流程：
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二、内存区域

1. HotSpot VM 与 JRockit VM

不同JVM版本内存区域也存在着差异，介绍运行时数据区域之前先提一嘴虚拟机的两个巨头。

HotSpot VM：最初由一家小公司设计，后来被Sun公司收购，从JDK1.3开始成为了默认虚拟机。
JRockit VM：由BEA公司发行，被誉为世界上最快的JVM。

而Sun和BEA先后被Oracle公司收购，这样Oracle就拥有了两款非常优秀的虚拟机，于是便宣布在JDK8中完成两款虚拟机的整合，这也直接导致了JDK8和JDK7内存区域的差异化。

2. 运行时数据区

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程序计数器（pc寄存器）：

可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，Java本身就是多线程的，这就意味着可以确保多线程情况下的线程切换程序正常执行。此内存区域是JVM中唯一不会出现OOM的区域。

虚拟机栈：

存储当前线程运行方法所需的数据，指令、返回地址。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法执行是都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成的过程，就对应这一个栈帧从入栈到出栈的过程。可通过-Xss来设置栈内存大小。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：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；如果虚拟机栈动态扩展申请不到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError异常。

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局部变量表：存放编译期可知的各种基本数据类型和对象引用。
操作数栈：主要作为方法调用的中转站使用，用于存放方法执行过程中产生的中间计算结果。

写段简单的代码：

public class JavaStackTest {
    public static void sub(int a) {
        a = a - 1;
    }
}

javap -v 反编译成字节码文件。

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动态连接：主要服务一个方法需要调用其他方法的场景（多态）。

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返回地址：对应当前栈帧出栈的过程，在当前栈侦出栈后，就需要恢复上层方法栈侦里的局部变量表，操作数栈，此时会将出栈的栈侦的返回值压入上层方法的操作数栈中，将方法返回地址设置进pc寄存器，以便让执行引擎继续执行下去。如果方法执行过程中遇到异常，则不给上层方法调用者返回值。

本地方法栈：

本地方法栈保存的是native方法的信息，当一个JVM创建的线程调用native方法后，JVM不再为其在虚拟机栈中创建栈帧，JVM只是简单地动态链接并直接调用native方法。

堆：

存放对象实例，是JVM所管理内存最大的一块区域，也是GC的主要区域，可通过-Xms或-XX:InitialHeapSize设置初始堆内存，默认大小是电脑物理内存大小的1/64，-Xmx或-XX:MaxHeapSize设置最大堆内存，默认大小是电脑物理内存大小的1/4。

堆内存分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation），可通过-Xmn来设置年轻代内存大小，或者-XX:NewRatio来设置老年代和年轻代比例，默认值是2，也就是新生代比老年代等于1比2。
年轻代又分为Eden和Survivor区，Survivor区由两个一样的From区和To区组成，我们一般称为S0区和S1区。可通过-XX:SurvivorRatio来设置Eden区和Survivor区比例，默认值是8，也就是Eden区比S0区比S1区等于8比1比1。
初始化的对象会先放到Eden区，Eden满了会触发YGC，存活对象放入S0或者S1区（复制算法，后续会细讲），每经过一次YGC，Survivor区的对象年龄加1，达到晋升年龄的最大值或者容量不足时，放入老年代，老年代满了会触发FGC。可通过-XX:TargetSurvivorRatio设置Survivor区使用率，-XX:MaxTenuringThreshold设置晋升年龄的最大值。

方法区：

用于存储已被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。说到这里，很多人对方法区、永久代和元空间的区别产生疑问，我来简单介绍下：方法区是JVM的一种规范，类似于我们的接口，而永久代和元空间是java7和java8的不同实现。前文提过HotSpot VM与JRockit VM两款虚拟机，Oracle在Java8中将两款虚拟机整合，而JRockit VM压根就没有永久代，所以Java8中直接移除了永久代用元空间来替代。那么他们具体有什么区别呢？

存储位置：永久代是在 Java 堆中的一个特殊区域（和老年代相连），而元空间是在本地内存中的。
大小调整：永久代的大小是有限制的，并且必须在启动时指定，字符串常量池存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。而元空间可以根据需要自动调整大小。
垃圾收集：永久代使用 Java 堆的垃圾收集器进行垃圾回收，会触发FGC，而且回收效率低，而元空间使用本地内存的垃圾收集器。

三、内存异常

1. Java堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断创建对象，并且保证 GC Roots 到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制来清楚这些对象，当达到最大堆容量后就会发生内存溢出异常，java.long.OutOfMemoryError: Java heap space。

要解决这个区域的异常，一般手段是先通过内存映像分析工具对Dump出来的堆转储快照进行分析，重点确认内存中的对象是否必要，来分清到底出现了内存泄露（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）。

如果是内存泄露，可进一步通过工具（Java自带的VisualVM就很好用）查看对象到 GC Roots 的引用链。找到泄露对象是通过怎样的路径与 GC Roots 关联并导致垃圾收集器无法回收的。掌握了泄露对象的类型信息及 GC Roots 引用链的信息，就可以比较精准的定位出泄露代码的位置。

如果不存在泄露，也就是说内存中的存活对象是正常的，那就检查下堆信息的配置（-Xms和-Xmx），适当调大堆内存，再从代码检查，优化对象生命周期以减少内存消耗。

2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出

关于虚拟机栈和本地方法栈，Java虚拟机规范中描述了两种异常：

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。
如果虚拟机栈动态扩展申请不到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError异常。

怎么理解呢？减少栈内存容量、定义大量的局部变量（增加栈帧大小）或者死递归（增加栈帧数量），栈帧入栈时栈空间不足，就会抛出StackOverFlowError异常；把栈内存设的很大，这样每新增一个栈都会申请很大的内存，而内存是有限的，当新增一个栈申请不到内存时就会抛出OutOfMemoryError异常。