JVM运行时数据区域、内存溢出是怎样的？

- 日理万妓 2023-02-22 10:43 26阅读 0赞

> # 一、Java内存区域 #

Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁

的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在，有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70][] 图1-1 运行时数据区

再来个总结的表，然后一一再细说：

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th style="width:92px;">内存区域</th> 
 <th style="width:82px;">线程隔离</th> 
 <th style="width:281px;">作用</th> 
 <th style="width:195px;">配置参数</th> 
 <th style="width:138px;">异常</th> 
 <th style="width:111px;">其他说明</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">程序计数器</td> 
 <td style="width:82px;">隔离</td> 
 <td style="width:281px;">字节码行号指示器</td> 
 <td style="width:195px;">——</td> 
 <td style="width:138px;">——</td> 
 <td style="width:111px;">&nbsp;</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">虚拟机栈</td> 
 <td style="width:82px;">隔离</td> 
 <td style="width:281px;">栈帧形式存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息，执行java方法</td> 
 <td style="width:195px;">-Xss</td> 
 <td style="width:138px;"> StackOverflowError OutOfMemoryError </td> 
 <td style="width:111px;">&nbsp;</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">本地方法栈</td> 
 <td style="width:82px;">隔离</td> 
 <td style="width:281px;">执行本地方法</td> 
 <td style="width:195px;">-Xoss</td> 
 <td style="width:138px;"> StackOverflowError OutOfMemoryError </td> 
 <td style="width:111px;">连续内存</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">堆</td> 
 <td style="width:82px;">共享</td> 
 <td style="width:281px;">保存对象实例</td> 
 <td style="width:195px;"> -Xms -Xmx </td> 
 <td style="width:138px;"> OutOfMemoryError </td> 
 <td style="width:111px;">允许不连续</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">方法区</td> 
 <td style="width:82px;">共享</td> 
 <td style="width:281px;">存储类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数</td> 
 <td style="width:195px;"> -XX：PermSize：16M -XX：MaxPermSize：64M </td> 
 <td style="width:138px;">OutOfMemoryError</td> 
 <td style="width:111px;">允许不连续</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="width:92px;">运行时常量池</td> 
 <td style="width:82px;">共享</td> 
 <td style="width:281px;">存储各种字面量与符号引用</td> 
 <td style="width:195px;">&nbsp;</td> 
 <td style="width:138px;">&nbsp;</td> 
 <td style="width:111px;"> 允许不连续 方法区一部分 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

##  1.1 程序计数器 ##

程序计数器是一块较小的内存，属于线程隔离区域，是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native ）方法，这个计数器值则应为空（ Undefined ）。 **此内存区域是唯 一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。**

##  1.2 虚拟机栈 ##

这块内存区域就是我们常说的“栈”，也是线程私有或线程隔离的。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虚拟机都会同步创建一个栈帧，用于存储局部变量表、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，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

经常有人把Java内存区域笼统地划分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种划分方式直接继承自传统的C、C++程序的内存布局结构，在Java语言里就显得有些粗糙了，实际的内存区域划分要比这更复杂。不过这种划分方式的流行也间接说明了程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的区域是“堆”和“栈”两块。其中，“堆”在稍后笔者会专门讲述，而“栈”通常就是指这里讲的虚拟机栈，或者更多的情况下只是指虚拟机栈中局部变量表部分。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

局部变量表存放了编译期可知的各种 Java 虚拟机基本数据类型（ boolean 、 byte 、 char 、 short 、 int 、

float 、 long 、 double，这些直接保存在栈内存,使用完就会被释放回收 ）、对象引用（ reference 类型，保存的是地址）

栈帧是由一个个“变量槽（slot）”组成的，变量槽有32位的和64位的，虚拟机不一样变量槽的大小就不一样。

如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，会报 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（HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，只要线程申请栈空间成功了就直接OOM ）。

## 1.3 本地方法栈 ##

Native Method Stacks

这块区域和上面的虚拟机栈类似，只是虚拟机栈执行的是Java方法（也就是字节码），而本地方法栈执行的虚拟机本地的方法。

HotSpot是将虚拟机栈和本地方法栈合并在一起。

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。

## 1.4 堆 ##

Java 堆（ Java Heap ）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。是线程共享的区域。

堆唯一作用就是用来存放对象实例，另外 堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此也叫“GC堆”。

Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该 被视为连续的，这点就像我们用磁盘空间去存储文件一样，并不要求每个文件都连续存放。但对于大对象（典型的如数组对象），多数虚拟机实现出于实现简单、存储高效的考虑，很可能会要求连续的内存空间。

Java 堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的 Java 虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx 和 \-Xms设定，堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数设置为一样即可避免堆自动扩展 ）。如果在Java 堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java 虚拟机将会抛出 OutOfMemoryError 。

## 1.5 方法区 ##

方法区和堆一样是线程共享的。

用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

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。相对而言，垃圾收集行为在这个区域的确是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

## 1.6 运行时常量池 ##

这个常量池不是一个新的区域，它只是方法区的一个部分。

字节码 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。

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。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200702224509392.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200704095737163.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200704103459893.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA==,size_16,color_FFFFFF,t_70