JAVA虚拟机运行时数据区域与内存溢出异常

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运行时数据区域与内存溢出异常

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域 有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在,有些区域则是 依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁

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程序计数器

定义

程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的 字节码的行号指示器。

作用

在Java虚拟机的概念模型里[1],字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器 的值来选取下一条需要执行的字节码指令,它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处 理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

为什么程序计数器是线程私有的

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一 个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因 此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程 之间计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地 址;如果正在执行的是本地(Native)方法,这个计数器值则应为空(Undefined)。

可能产生的异常

此内存区域是唯 一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

定义

与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)也是线程私有的,它的生命周期 与线程相同。

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虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型每创建一个线程,虚拟机就会为这个线程创建一个虚拟机栈 每个方法被执行的时候,Java虚拟机都 会同步创建一个栈帧[1](Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信 息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。 与对象内存分配关系最密切的区 域是“堆”和“栈”两块。其中,“堆”在稍后笔者会专门讲述,而“栈”通常就是指这里讲的虚拟机栈,或 者更多的情况下只是指虚拟机栈中局部变量表部分。

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可能产生的异常

在《Java虚拟机规范》中,对这个内存区域规定了两类异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚 拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展[2],当栈扩 展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

定义

本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别只是虚拟机 栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native) 方法服务。

可能产生的异常

与虚拟机栈一样,本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失 败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

定义

Java堆(Java Heap)是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所 有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。

可能产生的异常

Java堆既可以被实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩 展来实现的(通过参数-Xmx和-Xms设定)。如果在Java堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再 扩展时,Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

定义

方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载 的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中把 方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫作“非堆”(Non-Heap),目的是与Java堆区 分开来。

可能产生的异常

这区域的内存回 收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载,一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意,尤 其是类型的卸载,条件相当苛刻,但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。 如果方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出 OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

定义

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字 段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池表(Constant Pool Table),用于存放编译期生 成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量 一定只有编译期才能产生,也就是说,并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常 量池,运行期间也可以将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的 intern()方法。

存在的异常

既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存 时会抛出OutOfMemoryError异常。

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转载自juejin.im/post/7033307012117037069
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