前言
最近在读周志明老师的《深入理解Java虚拟机》,感觉一下换了一个角度来看待Java代码&＃xff0c;有必要整理一些内容&＃xff0c;更清楚实际的流程&＃xff0c;这一篇就记录下Java内存区域与相关的一些内存溢出的异常。
内存区域
Java虚拟机在执行Java程序的过程会把它管理的内存划分为各个不同的区域&＃xff0c;这些区域都有着各自的生命周期&＃xff0c;总的来说Java虚拟机管理的内存将会包括一下的数据区域
图中可以很清晰的看出区域里面各个实体的关系&＃xff0c;然后简单介绍一3下各个实体。
1.程序计数器
线程私有&＃xff0c;可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器&＃xff0c;字节码解释器的工作就是通过改变计数器的值来进行后续的操作。
2.虚拟机栈
线程私有&＃xff0c;描述的是Java方法执行的内存模型&＃xff0c;每个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
3.本地方法栈
与虚拟机栈发挥的作用类似&＃xff0c;但虚拟机栈主要是为执行Java方法服务&＃xff0c;而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。
4.Java堆
是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块&＃xff0c;也是被所有线程共享的一块内存区域&＃xff0c;在虚拟机启动时创建&＃xff0c;此区域唯一目的是存放对象实例。
5.方法区
也是各个线程共享&＃xff0c;用于储存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据&＃xff0c;为堆的一个逻辑部分。其中的运行时常量池相对于Class文件常量池而言具备动态性&＃xff0c;运行期间也可将新的常量放入池中。
除了这些以外&＃xff0c;直接内存的不合理分配也会影响到Java虚拟机动态扩展内存时出现内存溢出。
从JVM看对象
Java对象的创建我们无时无刻都在使用着&＃xff0c;这里从虚拟机层面来看待对象的创建。
对象的创建
1.当虚拟机收到一条new指令时&＃xff0c;首先去检查这个指令的参数能否在常量池中定位到对应的符号引用&＃xff0c;并且检查符号引用代表的类是否加载过、解析和初始化过&＃xff0c;没有则进行对应的类加载过程。
2.在类检查通过后&＃xff0c;虚拟机为新生对象从Java堆中分配内存。而内存的分配又有两种方式。一种是指针碰撞&＃xff0c;就是把空闲和正在使用的内存中间放一个指针隔开&＃xff0c;所以这种方式实际就是把指针进行移动&＃xff0c;当内存出现相互交错时。该方式自然就行不通了&＃xff1b;另一种方式是空闲列表&＃xff0c;由虚拟机维护一个列表&＃xff0c;分配内存后就更新这个列表的记录。至于使用哪种方式就要看是基于何种垃圾回收器而言。除了怎么划分可用空间之外&＃xff0c;还需要考虑虚拟机分配内存的频率&＃xff0c;分配频率就会涉及到并发中的一些问题了。JVM采用CAS(比较并交换)方式进行失败重试保证操作的原子性&＃xff1b;另一种是每个线程在Java堆中预先分配一小块内存&＃xff0c;也就是本地线程分配缓冲(TLAB)
3.内存分配完成后&＃xff0c;虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值&＃xff0c;使用TLAB&＃xff0c;则可以提前到分配时进行。
4.虚拟机对对象进行必要的设置&＃xff0c;也就是把该对象相关的信息存储在对象头之中,这些工作都完成后&＃xff0c;一个新的对象已经产生了&＃xff0c;接下来就是对象的初始化了。
对象的访问定位
对象的访问目前主流的方式有句柄和直接指针两种。
1.使用句柄访问&＃xff0c;Java堆会划分出一块内存作为句柄池&＃xff0c;对象的引用中存储的就是其句柄的地址&＃xff0c;句柄包含了对象实例数据和类型数据的具体地址信息。
2.使用直接指针&＃xff0c;堆就要考虑如何放置访问类型数据相关的信息&＃xff0c;引用中存储的直接就是对象地址。
很显然&＃xff0c;因为是直接指向地址&＃xff0c;所以直接指针的方式更加快&＃xff0c;但对象访问在Java中太过频繁&＃xff0c;积少成多后也会造成较高的执行成本。
内存溢出异常
1.Java堆溢出
public class HeapOOM {
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List list &＃61; new ArrayList<>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}
这里可以设置下虚拟机相关的参数,
-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:&＃43;PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio&＃61;8
2.虚拟机和本地方法栈溢出
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength &＃61; 1;
public void stackLeak() {
stackLength&＃43;&＃43;;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackSOF stackSOF &＃61; new JavaVMStackSOF();
try {
stackSOF.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("Stack length: "&＃43;stackSOF.stackLength );
throw e;
}
}
}
3.创建线程导致的内存溢出
public class JavaVMStackOOM {
private void doStop() {
while (true) {
}
}
public void stackLeakByThread() {
while (true) {
Thread thread &＃61; new Thread(()->{
doStop();
});
thread.start();
}
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackOOM oom &＃61; new JavaVMStackOOM();
oom.stackLeakByThread();
}
}
这里的话,在Windows平台的虚拟机中&＃xff0c;Java的线程是映射到操作系统的内核线程上&＃xff0c;这里可能导致机器假死。
4.方法和运行时常量池溢出
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
List list &＃61; new ArrayList<>();
int i &＃61; 0;
while (true) {
list.add(String.valueOf(i&＃43;&＃43;).intern());
}
}
}
5.本机直接内存溢出
public class DirectMemoryOOM {
public static final int _1MB &＃61; 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
Field unsafeField &＃61; Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
try {
Unsafe unsafe &＃61; (Unsafe) unsafeField.get(null);
while (true) {
unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
总结
了解了这些不得不佩服设计者&＃xff0c;一个看似简单的东西底层要解决的问题、处理的细节也是非常多的&＃xff0c;从Java虚拟机层面看到了不一样的东西&＃xff0c;也是非常有意思的&＃xff0c;理解底层实现的原理有助于写成更健壮的代码&＃xff0c;更快速的debug&＃xff0c;就到这里了。
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