Java內(nèi)存區(qū)域與內(nèi)存溢出異常知識(shí)講解

本篇內(nèi)容介紹了“Java內(nèi)存區(qū)域與內(nèi)存溢出異常知識(shí)講解”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

正文

一. 基本概念

在開始講解之前, 需要先明確關(guān)于 JVM 的一些基本概念

我們都知道, Java 是一個(gè)跨平臺(tái)的語言, Java 跨平臺(tái)的基本支撐其實(shí)就是 JVM 對(duì)操作系統(tǒng)底層細(xì)節(jié)的屏蔽, 相當(dāng)于加了一個(gè)中間層(計(jì)算機(jī)中的任何問題都可以加一個(gè)中間層解決~), Java 不再像 C/C++ 等語言一樣直接翻譯為針對(duì)特殊平臺(tái)的機(jī)器碼, 而是翻譯為字節(jié)碼, 也即是我們的 class 文件, 下圖大概可以比較簡(jiǎn)明的概括了~; 字節(jié)碼就相當(dāng)于 Java 世界中的匯編, 而 JVM 則不是跨平臺(tái)的, 只是不同平臺(tái)的 JVM 都能識(shí)別和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)格式的字節(jié)碼文件而已

關(guān)于 JVM 運(yùn)行 class 文件, 我覺得下圖已經(jīng)可以比較準(zhǔn)確的表達(dá)了

我們下面要講的就是 Runtime Data Area 部分

二. 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

JVM 會(huì)在執(zhí)行 Java 程序的時(shí)候把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū), 如下:

2.1 程序計(jì)數(shù)器

線程私有

2.1.1 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型

指向下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令; 如果線程正在執(zhí)行一個(gè) Java 方法, 該計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址; 如果正在執(zhí)行 Native 方法, 該計(jì)數(shù)器值則為空( Undefined )

2.1.2 異常情況

該區(qū)域是是唯一一個(gè)在 Java 虛擬機(jī)中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域

2.2 Java虛擬機(jī)棧

線程私有

2.2.1 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型

描述 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型, 每個(gè)方法調(diào)用就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀的入棧和出棧; 一個(gè)棧幀里面存儲(chǔ)了局部變量表, 操作數(shù)棧, 動(dòng)態(tài)鏈接, 方法出口等信息

局部變量表存儲(chǔ)了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型, 對(duì)象引用, returnAddress ; 局部變量表的大小在編譯期間即可確定, 運(yùn)行期間大小不變

2.2.2 異常情況

1. StackOverflowError : 線程請(qǐng)求棧深度大于虛擬機(jī)允許深度

異常示例代碼:

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

1. OutOfMemoryError : 虛擬機(jī)棧動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠內(nèi)存

異常示例代碼:

public class JavaVMStackOOM {    private void dontStop() {        while (true) {
        }
    }    public void stackLeakByThread() {        while (true) {            new Thread(new Runnable() {                @Override
                public void run() {
                    dontStop();
                }
            }).start();
        }
    }    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

注: 由于操作系統(tǒng)分配給每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是有限制的, 所以如果是由于建立過多的線程導(dǎo)致內(nèi)存溢出, 在不能減少線程數(shù)或者更換 64 位虛擬機(jī)的情況下, 可以選擇通過減少最大堆和減少棧容量來換取更多的線程

2.3 本地方法棧

線程私有

2.3.1 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型

和虛擬機(jī)棧類似, 只是本地方法棧提供的是 Native 方法服務(wù)

2.3.2 異常情況

StackOverflowError 和 OutOfMemoryError

2.4 Java堆

1. 線程共享

2. 垃圾收集管理的主要區(qū)域

2.4.1 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型

幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配

2.4.2 異常情況

OutOfMemoryError

異常示例:

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

2.5 方法區(qū)

1. 線程共享

2. 該區(qū)域的垃圾回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載

2.5.1 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型

存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息, 常量, 靜態(tài)變量, 即使編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

2.5.2 運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分, 但是 JDK6 之后, 常量池被放入了堆中;

Class 文件中也有常量池部分, 即編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用, 這部分將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中, 此外還會(huì)把翻譯出來的直接引用也存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)常量池中

運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于 Class 文件常量池的另外一個(gè)最重要的特征是具備動(dòng)態(tài)性, 即運(yùn)行期間也可以將新的常量放入池中, 比如 String 的 intern() 方法

String.intern() 作用是: 如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個(gè)等于此 String 對(duì)象的字符串, 則返回代表池中這個(gè)字符串的 String 對(duì)象; 否則, 將此 String 對(duì)象包含的字符串添加到常量池中, 并且返回此 String 對(duì)象的引用

同樣, 收方法區(qū)的限制, 當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出 OutOfMemoryError

2.5.3 異常情況

OutOfMemoryError : 方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求

異常示例:

public class RuntimeConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {        List<String> list = new ArrayList<>();        int i = 0;        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

2.6 直接內(nèi)存

直接內(nèi)存不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分, 但是也被頻繁使用, 如: 在 JDK1.4 中新加入了 NIO 類, 引入了一種基于通道( Chanel )和緩沖區(qū)( Buffer )的 I/O 方式, 它可以使用 Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存, 然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作, 避免了在 Java 堆和 Native 堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù), 提高性能

同樣會(huì)產(chǎn)生 OutOfMemoryError

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