《深入理解Java虚拟机》学习笔记（一）

Java内存区域的划分

根据存放数据的不同，JVM的内存空间分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、运行时常量池、直接内存（在Java运行时内存空间之外），本节总结了这几个区域的作用、特点，并给出了部分区域内存溢出的简单用例。

备注：代码可从 https://github.com/elric2011/jvm-study 获取

程序计数器

程序计数器可理解为当前线程所执行字节码的行号指示器，用于告诉字节码解释器下一条需要执行的字节码指令

程序的逻辑跳转（分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等）都是基于程序计数器实现的

特点：

• 线程私有
• 当线程执行到Native Method时，改计数器值会置为空
• 规范中没有规定该区域的OutOfMemoryError情况

虚拟机栈

虚拟机执行Java方法（字节码）时，用于存放局部变量表、操作数表、方法出口、动态链接等信息的区域。

每一个Java方法被调用到方法调用完成，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中的压栈到出栈。

一个方法的局部变量表（存放基础类型和引用类型）大小在编译阶段就可知，进入方法时分配给这块的内存大小是确定。

特点：

• 线程私有的
• 当栈深度超出虚拟机允许的深度时，抛出StackOverflowError
• 如果栈总空间可动态扩展，当扩展时无法申请到足够内存，抛出OutOfMemoryError

代码示例

栈溢出示例：

/**
 * VM Args: -Xss128K
 * @author elric.wang
 */
public class VMStackSOF {

    private int counter = 1;

    private void stackLeak() {
        long a = 0;
        counter++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        VMStackSOF sut = new VMStackSOF();
        try {
            sut.stackLeak();
        } catch (Throwable t) {
            t.printStackTrace();
            System.out.println("StackLength:" + sut.counter);
        }
    }
}

问题：多线程程序，总的栈空间多大？

本地方法栈

概念与虚拟机栈相同，区别是为虚拟机执行Native Method服务

特点：

• 线程私有
• 当栈深度超出虚拟机允许的深度时，抛出StackOverflowError
• 如果栈总空间可动态扩展，当扩展时无法申请到足够内存，抛出OutOfMemoryError
• 某些虚拟机实现直接将其与虚拟机栈合二为一（HotSpot）

Java堆

存放对象示例和数组，几乎所有的对象示例都存储在这块区域，所以一般在虚拟机运行时内存中占最大一块比例

特点：

• 线程间共享
• 垃圾回收器主要工作于该区域
• 虚拟机实现时可固定大小，也可以是动态扩展
• 如果堆中没有足够空间完成实例分配，且无法继续动态扩展时，抛出OutOfMemoryError

代码示例

堆溢出示例：

/**
 * VM Args: -Xmx100M -Xms100M
 * @author elric.wang
 */
public class HeapOOM {

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

方法区

用于存放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。HotSpot实现中该区域也叫“永久区”，即虚拟机将GC分代收集扩展到该区域。

特点：

• 线程间共享
• 当方法区无法满足分配需求时，抛出OutOfMemoryError

运行时常量池

该区域是方法区的一部分，用于存放编译时生成的字面量和符号引用以及运行时产生的常量（例如String.intern()方法产生新的字符串常量）。

特点：

• 方法区一部分，无法申请到内存空间时抛出OutOfMemoryError

代码示例

运行时常量池溢出示例：

/**
 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 * @author elric.wang
 */
public class RuntimeConstPoolOOM {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(("do something to make this string longer" + i++).intern());
        }
    }
}

直接内存区

Java在引入NIO后，增加了管道和缓冲区，允许通过Native函数库直接分配堆外内存，以便提升数据交换性能（否则需要在Java堆和Native堆来回复制数据）

特点：

• 不属于虚拟机运行时内存区
• 受操作系统内存限制，当无法分配到足够的内存时，抛出OutOfMemoryError

JVM内存分配相关参数

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