Java虚拟内存,java虚拟机内存大小

　　00-1010了解JVM内存结构的目的JVM内存结构介绍程序计数器虚拟机堆栈本地方法堆栈堆栈方法区域总结

　　00-1010在Java开发的过程中，由于JVM的自动内存管理机制，不再需要像C和C开发那样手动释放对象的内存空间，不容易出现内存泄漏和内存溢出的问题。但是，正是因为将内存管理的权利交给了JVM，一旦出现内存泄漏和内存溢出的问题，如果不知道JVM是如何使用内存的，不知道它的内存结构是什么样子，就很难找到问题的根源，更难解决问题。

目录

在JVM所管理的内存中，大致分为以下几个运行时数据区域：

　　当前程序计数器：线程执行的字节码的行号指示器。Java方法执行的内存模型用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。虚拟机栈：中本地方法执行的内存模型与虚拟机堆栈非常相似，但不同之处在于本地方法堆栈服务于JVM使用的本机方法。本地方法栈：用于存储对象实例，是垃圾收集器管理的主要领域。堆：用于存储数据，如类信息、常量、静态变量和由即时编译器编译并由JVM加载的代码。其中，黄色区域的程序计数器、虚拟机堆栈和本地方法堆栈是线程私有的，而红色区域的堆和方法区域是线程共享的。让我们逐一详细分析每个区域。

　　00-1010程序计数器寄存器是一个很小的内存空间，记录当前线程执行的字节码的行号。在JVM的概念模型中，字节码解释器通过改变它的值来选择下一个要执行的字节码指令。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基本功能。放心吧。

　　JVM的多线程操作是通过轮流切换线程和分配处理器执行时间来实现的。在任何给定的时刻，处理器(多核处理器的核心)将只执行一个线程中的指令。因此，为了在线程切换后恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，并且每个线程之间的计数器互不影响，独立存储，这就是所谓的“线程私有”内存。

　　如果线程正在执行Java方法，它记录正在执行的虚拟机的字节码指令的地址；如果正在执行Natvie方法，则其值是未定义的。这个内存区域是Java虚拟机规范中唯一没有指定OutOfMemoryError的区域。

了解JVM内存结构的目的

　　像程序计数器一样，Java虚拟机堆栈是线程私有的。如上图所示，每个线程都有自己的虚拟机栈，其生命周期与线程相同。创建线程时，也会创建虚拟机堆栈。当线程被销毁时，虚拟机堆栈也被销毁。

　　在线程内部，每个方法执行时，同时创建一个堆栈框架，用来存储局部变量表、操作数堆栈、动态链接、方法出口等信息。如上图所示。每个方法被调用直到执行完成的过程对应于从堆栈到虚拟机堆栈中的堆栈帧的过程。

　　堆栈框架中的局部变量表存储了编译时已知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference type)和returnAddress类型(指向字节码指令的地址)。

　　其中64位长的double数据会占用两个局部变量槽，其他数据类型只占用一个槽。局部变量表所需的内存空间是在编译过程中分配的。在进入一个方法时，该方法需要在框架中分配多少局部变量空间是完全确定的，在方法运行过程中局部变量表的大小不会改变。

　　方法区：

　　如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出堆栈溢出异常，让我们写一段代码，在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

　　/* * * VM args :-XSS 128k */public class JVM stacks of { private int stack length=1；公共void堆栈泄漏(){堆栈长度；堆栈泄漏()；} public static void main(String[]args){ JVMStackSOF sof=new JVMStackSOF()；尝试{s

　　of.stackLeak();} catch (Throwable e) {System.out.println("Stack length:" + sof.stackLength);throw e;}}}在运行之前，设置JVM的参数为-Xss128k，运行结果如下：

Stack length:1002Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at OneMoreStudy.JVMStackSOF.stackLeak(JVMStackSOF.java:10) at OneMoreStudy.JVMStackSOF.stackLeak(JVMStackSOF.java:11) at OneMoreStudy.JVMStackSOF.stackLeak(JVMStackSOF.java:11)......

 

　　

栈的深度达到1002时，抛出了StackOverflowError异常。

　　如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常，还是让我们写一段代码，使其抛出该异常：

/** * VM Args: -Xss2M */public class JVMStackOOM {private void dontStop() {while (true) {}}public void stackLeakByThread() {while (true) {Thread t = new Thread(new Runnable() {public void run() {dontStop();}});t.start();}}public static void main(String[] args) {JVMStackOOM oom = new JVMStackOOM();oom.stackLeakByThread();}}

这段代码会创建出无限多的线程，因为Java的线程会映射系统的内核线程上，所以会造成CPU占用率100%，系统假死等现象，请谨慎运行。在运行之前，设置JVM的参数为-Xss2M，运行很长一段时间后结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutMemoryError: unable to create new native thread at java.lang.Thread.start0(Native Method) at java.lang.Thread.start(Unknown Source) at OneMoreStudy.JVMStackOOM.stackLeakByThread(JVMStackOOM.java:18) at OneMoreStudy.JVMStackOOM.main(JVMStackOOM.java:24)

 

　　

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

　　虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，所以具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（比如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。

堆

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。它是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。它就是用来存放对象实例的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

　　堆是垃圾收集器管理的主要区域，如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度看，线程共享的堆中又可能划分出多个线程私有的分配缓存区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

　　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，再让我们写一段代码，使其抛出该异常：

/* * VM Args: -Xms20M -Xmx20M */public class HeapOOM {static class OOMObject{}public static void main(String[] args){List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();while(true){//把对象实例放入列表中，//使其一直被引用，不会被垃圾回收list.add(new OOMObject());}}}

在运行之前，设置JVM的参数为-Xms20M -Xmx20M，运行结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source) at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source) at java.util.ArrayList.grow(Unknown Source) at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(Unknown Source) at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(Unknown Source) at java.util.ArrayList.add(Unknown Source) at OneMoreStudy.HeapOOM.main(HeapOOM.java:18)

 

　　

方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被JVM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。

　　对于习惯在HotSpot虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为永久代（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。在JDK7的HotSpot中，已经把原本在永久代的字符串常量池移出，在JDK8的HotSpot中，已经没有永久代的存在了，而是采用了新的内存空间：元空间（Metaspace）。

　　JVM规范对这个区域的限制非常宽松，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，但并不是数据进入了方法区就被一直存放。这个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有必要的。

　　根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。再让我们写一段代码，尝试使其抛出该异常：

/* * VM Args: -XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M */public class RuntimeConstantPoolOOM {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<String>();for (int i = 0; i < 100000; i++) {System.out.println(i);//将i转化为字符串，//并且调用intern()，把字符串放在运行时常量池list.add(String.valueOf(i).intern());}}}

在运行之前，设置JVM的参数为-XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M。

　　在JDK6中运行抛出了老年代的OutOfMemoryError异常，结果如下：

......3581335814Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) at OneMoreStudy.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:12)

 

　　

在JDK7中运行，循环全部完毕后，也没有抛出任何异常，结果如下：

......99996999979999899999

 

　　

同一段代码，在不同版本JDK中的运行结果为什么是不同的呢？这是因为：在JDK6中，字符串常量池还在永久代中，而在JDK7中，已经把原本在永久代的字符串常量池移出了。

　　再再让我们写一段代码，尝试使其抛出该异常：

/* * VM Args: -XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M */public class MethodAreaOOM {static class OOMObject {}public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 300; i++) {System.out.println(i);createNewClass();}}private static void createNewClass() {//这里使用了CGLIB，动态创建类，载入方法区Enhancer enhancer = new Enhancer();enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);enhancer.setUseCache(false);enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {@Overridepublic Object intercept(Object obj, Method method,Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {return proxy.invokeSuper(obj, args);}});enhancer.create();}}

在运行之前，设置JVM的参数为-XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M。

　　在JDK6中运行抛出了老年代的OutOfMemoryError异常，，结果如下：

......Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(Unknown Source) at java.lang.ClassLoader.defineClass(Unknown Source) ... 12 more

 

　　

在JDK7中运行也抛出了OutOfMemoryError异常，结果如下：

Exception in thread "main"Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

 

　　

在JDK8中运行，循环全部完毕后，也没有抛出任何异常，结果如下：

......298299Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=2M; support was removed in 8.0Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=2M; support was removed in 8.0

 

　　

同一段代码，在不同版本JDK中的运行结果为什么是不同的呢？这是因为：在JDK6和JDK7中，永久代仍然存在，而在JDK8中，已经没有永久代的存在了，而是采用了新的内存空间：元空间，并且JVM参数PermSize和MaxPermSize也被移出了。

总结

在JVM所管理的内存中，大致分为：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区。程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器。虚拟机栈是Java方法执行的内存模型，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。本地方法栈是本地方法执行的内存模型，和虚拟机栈非常相似，其区别是本地方法栈为JVM使用到的Native方法服务。堆是用于存储对象实例的，是垃圾收集器管理的主要区域。方法区用于存储已被JVM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。

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