Java內存區域與內存溢出異常知識講解

本篇內容介紹了“Java內存區域與內存溢出異常知識講解”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

正文

一. 基本概念

在開始講解之前, 需要先明確關于 JVM 的一些基本概念

我們都知道, Java 是一個跨平臺的語言, Java 跨平臺的基本支撐其實就是 JVM 對操作系統底層細節的屏蔽, 相當于加了一個中間層(計算機中的任何問題都可以加一個中間層解決~), Java 不再像 C/C++ 等語言一樣直接翻譯為針對特殊平臺的機器碼, 而是翻譯為字節碼, 也即是我們的 class 文件, 下圖大概可以比較簡明的概括了~; 字節碼就相當于 Java 世界中的匯編, 而 JVM 則不是跨平臺的, 只是不同平臺的 JVM 都能識別和運行標準格式的字節碼文件而已

關于 JVM 運行 class 文件, 我覺得下圖已經可以比較準確的表達了

我們下面要講的就是 Runtime Data Area 部分

二. 運行時數據區

JVM 會在執行 Java 程序的時候把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區, 如下:

2.1 程序計數器

線程私有

2.1.1 存儲數據類型

指向下一條需要執行的字節碼指令; 如果線程正在執行一個 Java 方法, 該計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址; 如果正在執行 Native 方法, 該計數器值則為空( Undefined )

2.1.2 異常情況

該區域是是唯一一個在 Java 虛擬機中沒有規定任何 OutOfMemoryError 情況的區域

2.2 Java虛擬機棧

線程私有

2.2.1 存儲數據類型

描述 Java 方法執行的內存模型, 每個方法調用就對應著一個棧幀的入棧和出棧; 一個棧幀里面存儲了局部變量表, 操作數棧, 動態鏈接, 方法出口等信息

局部變量表存儲了編譯器可知的各種基本數據類型, 對象引用, returnAddress ; 局部變量表的大小在編譯期間即可確定, 運行期間大小不變

2.2.2 異常情況

1. StackOverflowError : 線程請求棧深度大于虛擬機允許深度

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 : 虛擬機棧動態擴展時無法申請到足夠內存

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: 由于操作系統分配給每個進程的內存空間是有限制的, 所以如果是由于建立過多的線程導致內存溢出, 在不能減少線程數或者更換 64 位虛擬機的情況下, 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 存儲數據類型

和虛擬機棧類似, 只是本地方法棧提供的是 Native 方法服務

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域

2.4.1 存儲數據類型

幾乎所有的對象實例都在這里分配

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

1. 線程共享

2. 該區域的垃圾回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載

2.5.1 存儲數據類型

存儲已被虛擬機加載的類信息, 常量, 靜態變量, 即使編譯器編譯后的代碼等數據

2.5.2 運行時常量池

運行時常量池是方法區的一部分, 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引用, 這部分將在類加載后進入方法區的運行時常量池中, 此外還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中

運行時常量池相對于 Class 文件常量池的另外一個最重要的特征是具備動態性, 即運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包含一個等于此 String 對象的字符串, 則返回代表池中這個字符串的 String 對象; 否則, 將此 String 對象包含的字符串添加到常量池中, 并且返回此 String 對象的引用

同樣, 收方法區的限制, 當常量池無法再申請到內存時會拋出 OutOfMemoryError

2.5.3 異常情況

OutOfMemoryError : 方法區無法滿足內存分配需求

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 直接內存

直接內存不是虛擬機運行時數據區的一部分, 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( Buffer )的 I/O 方式, 它可以使用 Native函數庫直接分配堆外內存, 然后通過一個存儲在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 對象作為這塊內存的引用進行操作, 避免了在 Java 堆和 Native 堆中來回復制數據, 提高性能

同樣會產生 OutOfMemoryError

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