說明：本篇博客屬于讀書筆記，大量參考《深入理解Java虛擬機》這本書

JVM的內(nèi)存

程序計數(shù)器

• 程序計數(shù)器是線程私有的，每一個線程都有自己的一個程序計數(shù)器，并且互不干擾，程序計數(shù)器相當(dāng)于當(dāng)前代碼所執(zhí)行指令的指針，控制了當(dāng)前線程的執(zhí)行流程，當(dāng)Java程序在執(zhí)行Java方法的時候，程序計數(shù)器記錄的是當(dāng)前執(zhí)行代碼的指令地址，當(dāng)Java程序正在執(zhí)行Native方法，程序計數(shù)器則為空（Undefined），程序計數(shù)器是不會拋出OOM異常的

Java虛擬機棧

• Java虛擬機棧也是線程私有的，它的生命周期與線程的生命周期相同，Java程序在執(zhí)行一個方法的時候都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量，方法出口等信息，每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)一個棧幀在虛擬機棧中的入棧到出棧的過程，虛擬機棧中存儲這Java的基本數(shù)據(jù)類型以及對象的引用，在Java虛擬機棧中會拋出StackOverflowError異常和OOM異常，下面來看一個demo：

public class DemoMain {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("test");
        DemoMain.testMethod();
        System.out.println("end");
    }

    public static void testMethod() {
        testMethod();
    }
}

如上的應(yīng)用程序運行之后，在我的機器上會拋出StackOverflowError：

test
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.testMethod(DemoMain.java:12)

當(dāng)虛擬機在執(zhí)行方法testMethod的時候，這時候就會在Java虛擬機棧上創(chuàng)建一個棧幀，然后入棧，然而在testMethod方法內(nèi)又不斷的遞歸調(diào)用testMethod方法，導(dǎo)致Java虛擬機棧不斷的嵌套執(zhí)行testMethod方法，不斷的創(chuàng)建testMethod的棧幀，然后入棧，而testMethod并沒有執(zhí)行完成，所以testMethod對應(yīng)的棧幀不會出棧，當(dāng)Java虛擬機棧中的棧深度超過了虛擬機允許的深度，這時候就拋出了StackOverflowError異常了，如果虛擬機可以動態(tài)拓展，在新的棧幀入棧的時候再去申請內(nèi)存，要是申請不到足夠的內(nèi)存，此時就會拋出OOM異常了

本地方法棧

• 本地方法棧是線程私有的，存儲Native方法的信息，這個內(nèi)存區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OOM異常

Java堆

• Java堆是線程共享的，這是虛擬機中內(nèi)存最大的一塊，它唯一目的就是用來存放對象實例的，就是：

Object obj = new Object();

obj是對象的引用，存儲在Java虛擬機棧中，而new出來的Object對象實例就存儲在Java堆中，obj引用指向Java堆中實例的地址，Java堆是垃圾回收管理的主要區(qū)域，Java堆的內(nèi)存空間不需要物理上的連續(xù)，只需要邏輯上的連續(xù)即可，Java堆也會拋出StackOverflowError 和OOM異常

方法區(qū)

• 方法區(qū)是線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用來存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類信息（類名，類字段，方法名等），常量（final修飾），靜態(tài)變量（static修飾）等，此區(qū)域也會拋出OOM異常

運行時常量池

• 運行時常量池是方法區(qū)的一部分，常量池用于存放編譯期生成的各種字面量（文本字符串、聲明為final的常量值等）和符號引用（類和接口的完全限定名（Fully Qualified Name）、字段的名稱和描述符（Descriptor）、方法的名稱和描述符），運行時常量池具有動態(tài)性，也就是說不一定是預(yù)置到class中的常量才能進(jìn)入運行時常量池，在運行期間也可能將新的常量放入池中，例如String類的intern()，該內(nèi)存區(qū)域也會拋出OOM異常

字符串常量池

• 字符串常量池也是方法區(qū)的一部分，用來存放字符串常量，舉個例子：

public class DemoMain {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("test");
        String s1 = "s1";
        String s2 = "s1";
        String s3 = new String("s1");
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println("end");
    }
}

以上運行的結(jié)果是：

test
true
end

也就是說是s1指向的地址和s2指向的地址是一樣的，為什么？因為“s1”這個字符串常量被存儲到了字符串常量池中了，虛擬機發(fā)現(xiàn)了s1對象指向“s1”，s2對象也指向“s1”，因此不會再次創(chuàng)建一個“s1”，而是將s1和s2對象都指向存儲于常量址的“s1”，這里就做到了常量池的對象共享，節(jié)省內(nèi)存

對象創(chuàng)建的過程

• 在JVM中當(dāng)收到一個new指令的時候首先會去常量池中檢查是否存在這個類的符號引用，并檢查這個類是否已經(jīng)被加載，解析和初始化過，如果沒有，那就先執(zhí)行類加載過程
• 類加載檢查過后，接下來JVM就會為新生的對象分配內(nèi)存，對象所需要的內(nèi)存空間大小在類加載的時候就能夠確定，內(nèi)存分配其實就是在Java堆中開辟一塊確定大小的內(nèi)存出來，Java堆的內(nèi)存分配有兩種，第一種是“指針碰撞”，當(dāng)Java堆中的內(nèi)存是規(guī)整的，即用過的內(nèi)存都在一邊，空閑的內(nèi)存在另一邊，那么此時的內(nèi)存分配就是把指針指向空閑內(nèi)存空間挪動一段于對象大小相同的距離；第二種是“空閑列表”，當(dāng)Java堆中使用內(nèi)存和空閑內(nèi)存相互交錯的時候，此時JVM必須維護(hù)一個列表，記錄哪些內(nèi)存是可用的，在分配內(nèi)存的時候從列表中尋找一塊足夠大的空間劃分給對象，并更新列表上的記錄，具體選擇哪一種內(nèi)存分配的方式取決于Java堆內(nèi)存是否規(guī)整，而Java堆內(nèi)存是否規(guī)整取決于GC回收器是否又壓縮整理功能
• 對象內(nèi)存的分配過程還要注意多線程問題，假如在給一個對象分配內(nèi)存的時候，指針還沒來得及修改，此時又要操作指針給另一個對象也分配內(nèi)存，解決這個問題又兩種方案，一種是堆內(nèi)存分配動作進(jìn)行同步操作，另一種是預(yù)先給每一個線程在Java堆中分配一塊小內(nèi)存，成為本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），那么只有在分配TLAB的時候才需要同步處理，對象內(nèi)存分配完了之后就要對對象中的值進(jìn)行初始化為零值，最后再執(zhí)行<init>方法，也就是構(gòu)造方法，來初始化對象中的值，這樣一個對象才算完全創(chuàng)建成功

• 所以總結(jié)下對象創(chuàng)建的過程大致分為以下幾個階段

  
  
  image.png

對象的訪問定位

• Java虛擬機棧中存儲的是對象的引用，Java堆中存儲的才是對象的實際數(shù)據(jù)，對象的訪問定位通常有兩種，一種是句柄訪問，一種是指針訪問，句柄訪問就是在Java堆中有一個句柄池，句柄池中才是存儲了對象地址，而JVM棧中的對象引用存的是對象的句柄地址，也就是說reference指向句柄，句柄指向?qū)ο?，這么做的好處就是對象要是移動，JVM棧中的reference不用做修改，只要修改句柄就行了；指針訪問就是JVM棧中的reference直接存的就是對象地址，reference直接指向JVM堆中的對象，這么做的好處就是訪問對象速度快，要是對象被頻繁的訪問，那指針訪問的方式將有明顯的效率提升

內(nèi)存溢出

Java堆內(nèi)存溢出

public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        while (true) {
            list.add(new Object());
        }
    }

不斷的分配對象，并添加到list當(dāng)中，這樣對象就不會被回收，程序跑一會兒就報Java堆的OOM異常：

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

什么情況可能會導(dǎo)致Java堆的內(nèi)存泄漏？很明顯，內(nèi)存泄漏，一些對象創(chuàng)建后，一直被持有導(dǎo)致GCRoot一直存在，所以不會被回收

虛擬機棧和本地方法棧溢出

• 虛擬機棧和本地方法棧都會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError，對于StackOverflowError異常會有兩種情況，一種是虛擬機棧的深度大于虛擬機規(guī)定的最大深度，另一種是在申請棧幀內(nèi)存的時候沒有足夠的內(nèi)存，這時候也會拋出這個異常

public class DemoMain {

    int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        DemoMain demoMain = new DemoMain();
        try {
            demoMain.test();
        } catch (Throwable e) {
            System.err.println("stack:" + demoMain.i);
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void test() {
        i++;
        test();
    }

}

運行結(jié)果：

stack:34879
java.lang.StackOverflowError
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.test(DemoMain.java:22)

• 線程創(chuàng)建造成的內(nèi)存溢出

public class DemoMain {

    public static void main(String[] args) {
        DemoMain demoMain = new DemoMain();
        demoMain.createThread();
    }

    public void createThread() {
        while (true) {
            new Thread(){
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

}

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:714)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.createThread(DemoMain.java:26)
    at com.lhd.jvmdemo1.DemoMain.main(DemoMain.java:12)

這個是本地方法區(qū)拋出的OOM異常

方法區(qū)和常量池溢出

• 方法區(qū)拋出的OOM本機沒有模擬出來，不過方法區(qū)的OOM異常是：

java.lang.OutOfMemoryError：PermGen space

在android開發(fā)中，如果一個apk的類非常多，安裝這個apk的時候就可能出現(xiàn)方法區(qū)的內(nèi)存不夠用導(dǎo)致方法區(qū)內(nèi)存溢出