【JVM】内存区域分配机制和内存溢出异常

前言：对于Java和C类语言来说，它们二者之间存在一个很大的区别：内存动态分配和垃圾回收机制（GC）。对于C 或C++来说，它们的内存管理是有开发人员决定的，也就是收一个对象的生存周期各个部分都具有开发人员的影子。而Java就不同了，它将这些工作全部交由Java虚拟机来管理，内存如何分配和如何回收垃圾都由虚拟机自主管理，极大节省了开发人员的工作。但是这样一来它的弊端就出现了，一是耗费了一

一支支穿云箭

1081人浏览 · 2016-11-28 17:25:27

一支支穿云箭 · 2016-11-28 17:25:27 发布

前言：

对于Java和C类语言来说，它们二者之间存在一个很大的区别：内存动态分配和垃圾回收机制（GC）。对于C 或C++来说，它们的内存管理是有开发人员决定的，也就是收一个对象的生存周期各个部分都具有开发人员的影子。而Java就不同了，它将这些工作全部交由Java虚拟机来管理，内存如何分配和如何回收垃圾都由虚拟机自主管理，极大节省了开发人员的工作。但是这样一来它的弊端就出现了，一是耗费了一定的资源来供虚拟机进行运转（可以理解~~不是大毛病）。二是一旦虚拟机工作出误，造成内存泄漏或者溢出方面的问题，排查错误将会是一件比较麻烦的错误。所以学习好Java虚拟机是怎样管理内存和进行GC工作是很重要的。

Java的内存分配机制：

Java虚拟机在执行Java程序时会把它管理的内存划分为若干不同的数据区域。这些区域具有不同的用途、创建销毁时间，如图：

程序计数器：

PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则PC寄存器中不存储任何信息（一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现）。

程序计数器是Java线程活的灵魂。它负责当前线程所执行的字节码的行号指示器（Java中通过改变这个计数器的值来进行指令的选择和跳转）。

简单来说，不如Java的多线程，我们都知道多线程本质上是处理器分时复用的一种体现，而且我们都知道对于一个处理器来说，同一个时间，只能处理一个指令，那么问题来了？当线程切换分别执行不同的指令后，如何保证下一个线程恢复到被切换之前的执行位置呢？没错，就是这个程序计数器，每个线程之中都拥有一个独立的程序计数器。

Java虚拟机栈：

内存模型：Java方法被执行时都会创建一个栈帧（stack frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。二者生命周期相同。

Java方法从执行到结束对应着栈帧在虚拟机栈的入栈到出栈。

我们日常所说的“栈内存”是指虚拟机栈中的局部变量表，存放者编译期中可知的基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成，也就是说当运行时自动分配内存时是有限制的。

在局部变量空间中规定了两种异常：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError；当虚拟机栈可以动态扩展，但是扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryEror的异常。

本地方法栈：

本地方法栈和虚拟机栈功能类似，区别在于虚拟机栈为Java方法服务。本地方法栈为native方法服务（一个java调用非java代码的接口：该方法的实现由非java语言实现）。

Java堆：

Java堆（Java heap）是jvm所管理的最大一块内存，他是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动创建时，用来存放对象实例。

可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

Java堆细分可以为：新生代和老年代；再细致分有Eden空间、from survivor空间、to survivor 空间等。

方法区：

和Java堆一样，被各个线程共享的内存区域，他用于存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量、即时编译期编译后的代码等数据。

在Sun JDK中这块区域对应的为PermanetGeneration，又称为持久代。例如：Hotspot虚拟机。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出outofmemoryerror的异常。

运行时常量池：

它方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用信息（存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配）。

当常量池无法再申请到足够的内存时会抛出outofmemoryerror的异常。

总结：

可以看出，主要异常分为OutOfMemoryError和StackOverflowError两种。各个内存区域，在编译时期，如果申请不到所需的内存会抛出StackOverflowError；在运行时期，动态分配无法扩展到申请的空间就会抛出OutOfMemoryError的异常。

学习之处，不足之处，请多指正！

补充堆内存溢出的常见和解决方案：

【情况一】：

　　Java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space：

【解释】：这种是java堆内存不够，一个原因是真不够，另一个原因是程序中有死循环；

　【解决方案】：如果是java堆内存不够的话，可以通过调整JVM下面的配置来解决：

　　< jvm-arg>-Xms3062m < / jvm-arg>

　　< jvm-arg>-Xmx3062m < / jvm-arg>

【情况二】

　　java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

　　【解释】：JDK6新增错误类型，当GC为释放很小空间占用大量时间时抛出；一般是因为堆太小，导致异常的原因，没有足够的内存。

　　【解决方案】：

　　1、查看系统是否有使用大内存的代码或死循环；

　　2、通过添加JVM配置，来限制使用内存：

　　< jvm-arg>-XX:-UseGCOverheadLimit< /jvm-arg>

【情况三】：

　　java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space：这种是P区内存不够，可通过调整JVM的配置：

　　< jvm-arg>-XX:MaxPermSize=128m< /jvm-arg>

　　< jvm-arg>-XXermSize=128m< /jvm-arg>

　　【注】：

　　JVM的Perm区主要用于存放Class和Meta信息的,Class在被Loader时就会被放到PermGen space，这个区域成为年老代，GC在主程序运行期间不会对年老区进行清理，默认是64M大小，当程序需要加载的对象比较多时，超过64M就会报这部分内存溢出了，需要加大内存分配，一般128m足够。

【情况四】：

　　java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

　　调整-XX:MaxDirectMemorySize= 参数，如添加JVM配置：

　　< jvm-arg>-XX:MaxDirectMemorySize=128m< /jvm-arg>

【情况五】：

　　java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

　　【原因】：Stack空间不足以创建额外的线程，要么是创建的线程过多，要么是Stack空间确实小了。

　　【解决】：由于JVM没有提供参数设置总的stack空间大小，但可以设置单个线程栈的大小；而系统的用户空间一共是3G，除了Text/Data/BSS /MemoryMapping几个段之外，Heap和Stack空间的总量有限，是此消彼长的。因此遇到这个错误，可以通过两个途径解决：

　　1.通过 -Xss启动参数减少单个线程栈大小，这样便能开更多线程（当然不能太小，太小会出现StackOverflowError）；

　　2.通过-Xms -Xmx 两参数减少Heap大小，将内存让给Stack（前提是保证Heap空间够用）。

【情况六】：

　　java.lang.StackOverflowError