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    原文链接   译文链接  作者:Tai Truong    译者:Jaxon

    所有的Java开发人员可能会遇到这样的困惑?我该为堆内存设置多大空间呢?OutOfMemoryError的异常到底涉及到运行时数据的哪块区域?该怎么解决呢?

    Java内存模型

    堆内存存放对象以及数组的数据,方法区存放类的信息(包括类名、方法、字段)、静态变量、编译器编译后的代码,本地区包含线程栈、本地方法栈等存放线程

    方法区有时被称为持久代(PermGen)。

    所有的对象在实例化后的整个运行周期内,都被存放在堆内存中。堆内存又被划分成不同的部分:伊甸区(Eden),幸存者区域(Survivor Sapce),老年代(Old Generation Space)。

    方法的执行都是伴随着线程的。原始类型的本地变量以及引用都存放在线程栈中。而引用关联的对象比如String,都存在在堆中。为了更好的理解上面这段话,我们可以看一个例子:

    import java.text.SimpleDateFormat;

    import java.util.Date;

    import org.apache.log4j.Logger;

    public class HelloWorld {

    private static Logger LOGGER = Logger.getLogger(HelloWorld.class.getName());

    public void sayHello(String message) {

    SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("dd.MM.YYYY");

    String today = formatter.format(new Date());

    LOGGER.info(today + ": " + message);

    }

    }

    这段程序的数据在内存中的存放如下:

    通过JConsole工具可以查看运行中的Java程序(比如Eclipse)的一些信息:堆内存的分配,线程的数量以及加载的类的个数;

    Java内存结构

    堆内存

    堆内存同样被划分成了多个区域:

    包含伊甸(Eden)和幸存者区域(Survivor Sapce)的新生代(Young generation)

    老年代(Old Generation)

    不同区域的存放的对象拥有不同的生命周期:

    新建(New)或者短期的对象存放在Eden区域;

    幸存的或者中期的对象将会从Eden区域拷贝到Survivor区域;

    始终存在或者长期的对象将会从Survivor拷贝到Old Generation;

    生命周期来划分对象,可以消耗很短的时间和CPU做一次小的垃圾回收(GC)。原因是跟C一样,内存的释放(通过销毁对象)通过2种不同的GC实现:Young GC、Full GC。

    为了检查所有的对象是否能够被销毁,Young GC会标记不能销毁的对象,经过多次标记后,对象将会被移动到老年代中。

    哪儿的OutOfMemoryError

    对内存结构清晰的认识同样可以帮助理解不同OutOfMemoryErrors:

    Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

    原因:对象不能被分配到堆内存中

    Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

    原因:类或者方法不能被加载到老年代。它可能出现在一个程序加载很多类的时候,比如引用了很多第三方的库;

    Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

    原因:创建的数组大于堆内存的空间

    Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request bytes for . Out of swap space?

    原因:分配本地分配失败。JNI、本地库或者Java虚拟机都会从本地堆中分配内存空间。

    Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: (Native method)

    原因:同样是本地方法内存分配失败,只不过是JNI或者本地方法或者Java虚拟机发现;

    参考链接:

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  • 本地方法栈:为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)...

    Java源代码文件(.java)会被Java编译器编译为字节码文件(.class),然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。JVM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。JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息,这段空间一般被称作为Runtime Data Area(运行时数据区),也就是我们常说的JVM内存。

    我们可以把上图的“运行时数据区”分为线程私有和共享数据区两大类。其中线程私有的数据区包含程序计数器、虚拟机栈、本地方法区,所有线程共享的数据区包含Java堆、方法区,在方法区内有一个常量池。

    线程私有

    1.程序计数器:记录正在执行的虚拟机字节码的地址由于Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并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)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,各条线程之间的计数器互不影响,独立存储。线程私有的。如果正在执行的是Natvie 方法,这个计数器值则空。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。

    2.虚拟机栈:描述的是Java 方法执行的内存模型它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame),  栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构,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。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;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

    周志明. 深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第2版) (Kindle 位置 1045-1048). Kindle 版本.局部变量表

    局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

    其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

    操作数栈

    Java虚拟机的解释执行引擎被称为"基于栈的执行引擎",其中所指的栈就是指-操作数栈。

    和局部变量区一样,操作数栈也是被组织成一个以字长为单位的数组。但是和前者不同的是,它不是通过索引来访问,而是通过标准的栈操作—压栈和出栈—来访问的。比如,如果某个指令把一个值压入到操作数栈中,稍后另一个指令就可以弹出这个值来使用。

    虚拟机把操作数栈作为它的工作区——大多数指令都要从这里弹出数据,执行运算,然后把结果压回操作数栈

    动态链接

    Class文件中的常量持中存有大量的符号引用。字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分在类的加载阶段(解析)或第一次使用的时候就转化为了直接引用(指向数据所存地址的指针或句柄等),这种转化称为静态链接。而相反的,另一部分在运行期间转化为直接引用,就称为动态链接。

    3.本地方法栈:为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

    线程公有

    1.堆:存放对象实例堆是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT 编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。堆是垃圾收集器管理的主要区域。根据Java虚拟机规范的规定,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,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。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OutOfMemoryError异常。

    2.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数据Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和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,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是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就“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,一般来说,这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻,但是这部分区域的回收确实是必要的。

    运行时常量池:用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class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,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。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。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。

    直接内存直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但是,既然是内存,肯定还是会受到本机总内存(包括RAM以及SWAP区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制。

    作者:慕涵盛华

    链接:https://www.jianshu.com/p/46c821b0bdc8

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  • 直接上图:从图中看到,JVM内存分为两个主要区域,一个是所有线程共享的数据区,一个是线程隔离数据区线程私有)线程隔离数据区程序计数器(ProgramCounterRegister):一小块内存空间,单前线程所执行的字节码行号指示...

    直接上图:

    从图中看到,JVM内存分为两个主要区域,一个是所有线程共享的数据区,一个是线程隔离数据区线程私有)

    线程隔离数据区

    程序计数器(Program Counter Register):

    一小块内存空间,单前线程所执行的字节码行号指示器。字节码解释器工作时,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,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。

    JVM虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks):

    Java方法执行内存模型,用于存储局部变量,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。是线程私有的。

    本地方法栈(Native Method Stacks):

    为JVM用到的Native方法服务,Sun HotSpot 虚拟机把本地方法栈和JVM虚拟机栈合二为一。是线程私有的。

    线程共享的数据区

    方法区Method Area):用于存储JVM加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。运行时常量池Runtime Constant Pool):是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法取得运行时常量池中。具备动态性,用的比较多的就是String类的intern()方法。

    JVM堆 Java Virtual Machine Heap):存放所有对象实例的地方。

    新生代,由Eden Space 和大小相同的两块Survivor组成

    旧生待,存放经过多次垃圾回收仍然存活的对象

    如图:

    直接内存Direct Memory):

    它并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是JAVA虚拟机规范中定义的内存区域。在JDK1.4中加入了NIO类,引入了一种基于通道(Channel)于缓冲区(Buffer)的I/O方式,他可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在JAVA堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在JAVA堆中和Native堆中来回复制数据。

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  • 本地方法栈:为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间 在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)...

    Java源代码文件(.java)会被Java编译器编译为字节码文件(.class),然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。JVM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。JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息,这段空间一般被称作为Runtime Data Area(运行时数据区),也就是我们常说的JVM内存。

    我们可以把上图的“运行时数据区”分为线程私有和共享数据区两大类。其中线程私有的数据区包含程序计数器、虚拟机栈、本地方法区,所有线程共享的数据区包含Java堆、方法区,在方法区内有一个常量池。

    线程私有

    1.程序计数器:记录正在执行的虚拟机字节码的地址

    由于Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并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)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,各条线程之间的计数器互不影响,独立存储。线程私有的。如果正在执行的是Natvie 方法,这个计数器值则空。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。

    2.虚拟机栈:描述的是Java 方法执行的内存模型

    它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame), 栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构,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。

    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;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

    局部变量表

    局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

    其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

    操作数栈

    Java虚拟机的解释执行引擎被称为"基于栈的执行引擎",其中所指的栈就是指-操作数栈。

    和局部变量区一样,操作数栈也是被组织成一个以字长为单位的数组。但是和前者不同的是,它不是通过索引来访问,而是通过标准的栈操作—压栈和出栈—来访问的。比如,如果某个指令把一个值压入到操作数栈中,稍后另一个指令就可以弹出这个值来使用。

    虚拟机把操作数栈作为它的工作区——大多数指令都要从这里弹出数据,执行运算,然后把结果压回操作数栈

    动态链接

    Class文件中的常量持中存有大量的符号引用。字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分在类的加载阶段(解析)或第一次使用的时候就转化为了直接引用(指向数据所存地址的指针或句柄等),这种转化称为静态链接。而相反的,另一部分在运行期间转化为直接引用,就称为动态链接。

    3.本地方法栈:为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间

    在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

    线程公有

    1.堆:存放对象实例

    堆是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT 编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。堆是垃圾收集器管理的主要区域。

    根据Java虚拟机规范的规定,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,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。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OutOfMemoryError异常。

    2.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数据

    Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和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,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是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就“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,一般来说,这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻,但是这部分区域的回收确实是必要的。

    运行时常量池:用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用

    运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class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,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。

    运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。

    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。

    直接内存

    直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现

    在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

    直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但是,既然是内存,肯定还是会受到本机总内存(包括RAM以及SWAP区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制。

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    2015-08-05 10:48:38
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空空如也

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本地方法栈线程公有