java開發(fā)過程中經(jīng)常見到一堆有關(guān)內(nèi)存的錯(cuò)誤，比如：
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
我們統(tǒng)一叫做內(nèi)存溢出，那么這些異常的底層到底有什么不同，各自屬于JVM運(yùn)行時(shí)的哪塊區(qū)域？該怎么解決呢？想要徹徹底底的弄清楚這些疑惑，了解JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)就會(huì)隨之而來。
JVM內(nèi)存概念
首先，Java源代碼文件(.java后綴)會(huì)被Java編譯器編譯為字節(jié)碼文件(.class后綴)，然后由JVM中的類加載器加載各個(gè)類的字節(jié)碼文件，加載完畢之后，交由JVM執(zhí)行引擎執(zhí)行也就是常說的java項(xiàng)目運(yùn)行過程。在整個(gè)程序執(zhí)行過程中，JVM會(huì)用一段空間來存儲(chǔ)程序執(zhí)行期間需要用到的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，這段空間一般被稱作為Runtime Data Area（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)），也就是我們今天分析的JVM內(nèi)存。
在知道了JVM內(nèi)存是什么東西之后，下面我們就開始分析它的組成。
JVM內(nèi)存組成
JVM內(nèi)存由程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register)、Java棧(JVM Stack)、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(qū)(Method Area)、堆(Heap)組成。
如上圖所示，下面我們逐個(gè)分析。
堆-Heap
Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。內(nèi)存分配主要是由程序員顯示的使用new關(guān)鍵字來觸發(fā)的，至于new出來的這部分內(nèi)存在哪分配，如何分配，則是JAVA虛擬機(jī)來決定。而這部分內(nèi)存的釋放，則是由自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)（以下簡稱GC）來管理的。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時(shí)候也被稱做“GC堆”。如果從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代；再細(xì)致一點(diǎn)的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。
方法區(qū)-Method Area
方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是它卻有一個(gè)別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來。
我們知道堆中存儲(chǔ)的是程序員new出來的對象實(shí)例，那么方法區(qū)存儲(chǔ)的是什么？
1.方法區(qū)包含所有的class和static變量和常量。
2.方法區(qū)中包含類的信息，比如各種方法等。
舉個(gè)例子：
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);
}
}
上述代碼運(yùn)行內(nèi)存分配如下
對于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation），Java虛擬機(jī)規(guī)范對這個(gè)區(qū)域的限制非常寬松，相對而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對常量池的回收和對類型的卸載，一般來說這個(gè)區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是有必要的。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。
Java棧(JVM Stack)
Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）是線程私有的，它的生命周期與線程相同。
虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。
- 棧幀：簡單點(diǎn)說，可以解釋為是一個(gè)方法運(yùn)行時(shí)，臨時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，具體點(diǎn)說，它里面包括了數(shù)據(jù)和部分的過程結(jié)果，與此同時(shí)，它又肩負(fù)著處理方法返回值、動(dòng)態(tài)鏈接以及異常分派的任務(wù)。棧幀是隨著方法的創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著方法的結(jié)束而銷毀，如果方法拋出異常，也算方法結(jié)束。然而在每一個(gè)棧幀中，都有著自己的局部變量表以及操作數(shù)棧以及對當(dāng)前類的運(yùn)行時(shí)常量池的引用。
- 局部變量表：它是一個(gè)方法局部變量的列表，是在編譯時(shí)期就寫入了class文件當(dāng)中。簡單的理解，可以將它理解為一個(gè)對象數(shù)組，而里面按照索引0到length-1分別對應(yīng)于每一個(gè)局部變量，特別的，如果是實(shí)例方法的局部變量表，第0個(gè)局部變量會(huì)是一個(gè)指向當(dāng)前實(shí)例的引用，也就是this關(guān)鍵字，其余的局部變量則從索引1開始。
- 操作數(shù)棧：它是一個(gè)后進(jìn)先出（LIFO）棧，而它的長度也是在編譯時(shí)期就寫入了class文件當(dāng)中，是固定的。它的作用就是提供字節(jié)碼指令操作變量計(jì)算的空間，比如簡單的，對于int a=9這句話來說，就需要先將9壓入操作數(shù)棧，再將9賦給a這個(gè)變量。
在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，只不過Java虛擬機(jī)規(guī)范中也允許固定長度的虛擬機(jī)棧），當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無法申請到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。
本地方法棧(Native Method Stack)
本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。
native方法稱為本地方法。在java源程序中以關(guān)鍵字“native”聲明，不提供函數(shù)體。
其實(shí)現(xiàn)使用C/C++語言在另外的文件中編寫，編寫的規(guī)則遵循Java本地接口的規(guī)范(簡稱JNI)。
簡而言就是Java中聲明的可調(diào)用的使用C/C++實(shí)現(xiàn)的方法。
虛擬機(jī)規(guī)范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(jī)（譬如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接就把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一。與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
控制參數(shù)
最后通過一張圖來了解如何通過參數(shù)來控制各區(qū)域的內(nèi)存大小
-Xms設(shè)置java堆的最小空間
-Xmx設(shè)置java堆的最大空間
-XX:NewSize設(shè)置新生代最小空間
-XX:MaxNewSize設(shè)置新生代最大空間
-XX:PermSize設(shè)置永久代(方法區(qū))最小空間
-XX:MaxPermSize設(shè)置永久代(方法區(qū))最大空間
-Xss設(shè)置每個(gè)線程的堆棧大小
老年代(Old Generation)大小：java堆大小-年輕代空間大小
本文中的JVM有關(guān)問題，歡迎溝通交流哦。
