摘要：前言最近在讀周志明老師的深入理解虛擬機(jī)感覺一下?lián)Q了一個(gè)角度來(lái)看待代碼，有必要整理一些內(nèi)容，更清楚實(shí)際的流程，這一篇就記錄下內(nèi)存區(qū)域與相關(guān)的一些內(nèi)存溢出的異常。除了這些以外，直接內(nèi)存的不合理分配也會(huì)影響到虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存時(shí)出現(xiàn)內(nèi)存溢出。

最近在讀周志明老師的《深入理解Java虛擬機(jī)》,感覺一下?lián)Q了一個(gè)角度來(lái)看待Java代碼，有必要整理一些內(nèi)容，更清楚實(shí)際的流程，這一篇就記錄下Java內(nèi)存區(qū)域與相關(guān)的一些內(nèi)存溢出的異常。

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程會(huì)把它管理的內(nèi)存劃分為各個(gè)不同的區(qū)域，這些區(qū)域都有著各自的生命周期，總的來(lái)說(shuō)Java虛擬機(jī)管理的內(nèi)存將會(huì)包括一下的數(shù)據(jù)區(qū)域

圖中可以很清晰的看出區(qū)域里面各個(gè)實(shí)體的關(guān)系，然后簡(jiǎn)單介紹一3下各個(gè)實(shí)體。

線程私有，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，字節(jié)碼解釋器的工作就是通過改變計(jì)數(shù)器的值來(lái)進(jìn)行后續(xù)的操作。

線程私有，描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于儲(chǔ)存局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。

與虛擬機(jī)棧發(fā)揮的作用類似，但虛擬機(jī)棧主要是為執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的native方法服務(wù)。

是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，也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，此區(qū)域唯一目的是存放對(duì)象實(shí)例。

也是各個(gè)線程共享，用于儲(chǔ)存已被虛擬機(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)，為堆的一個(gè)邏輯部分。其中的運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池而言具備動(dòng)態(tài)性，運(yùn)行期間也可將新的常量放入池中。
除了這些以外，直接內(nèi)存的不合理分配也會(huì)影響到Java虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存時(shí)出現(xiàn)內(nèi)存溢出。

Java對(duì)象的創(chuàng)建我們無(wú)時(shí)無(wú)刻都在使用著，這里從虛擬機(jī)層面來(lái)看待對(duì)象的創(chuàng)建。

1.當(dāng)虛擬機(jī)收到一條new指令時(shí)，首先去檢查這個(gè)指令的參數(shù)能否在常量池中定位到對(duì)應(yīng)的符號(hào)引用，并且檢查符號(hào)引用代表的類是否加載過、解析和初始化過，沒有則進(jìn)行對(duì)應(yīng)的類加載過程。

2.在類檢查通過后，虛擬機(jī)為新生對(duì)象從Java堆中分配內(nèi)存。而內(nèi)存的分配又有兩種方式。一種是指針碰撞，就是把空閑和正在使用的內(nèi)存中間放一個(gè)指針隔開，所以這種方式實(shí)際就是把指針進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)內(nèi)存出現(xiàn)相互交錯(cuò)時(shí)。該方式自然就行不通了；另一種方式是空閑列表，由虛擬機(jī)維護(hù)一個(gè)列表，分配內(nèi)存后就更新這個(gè)列表的記錄。至于使用哪種方式就要看是基于何種垃圾回收器而言。除了怎么劃分可用空間之外，還需要考慮虛擬機(jī)分配內(nèi)存的頻率，分配頻率就會(huì)涉及到并發(fā)中的一些問題了。JVM采用CAS（比較并交換）方式進(jìn)行失敗重試保證操作的原子性；另一種是每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，也就是本地線程分配緩沖(TLAB)

3.內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值，使用TLAB，則可以提前到分配時(shí)進(jìn)行。

4.虛擬機(jī)對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，也就是把該對(duì)象相關(guān)的信息存儲(chǔ)在對(duì)象頭之中,這些工作都完成后，一個(gè)新的對(duì)象已經(jīng)產(chǎn)生了，接下來(lái)就是對(duì)象的初始化了。

對(duì)象的訪問目前主流的方式有句柄和直接指針兩種。
1.使用句柄訪問，Java堆會(huì)劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池，對(duì)象的引用中存儲(chǔ)的就是其句柄的地址，句柄包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)的具體地址信息。
2.使用直接指針，堆就要考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)相關(guān)的信息，引用中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址。
很顯然，因?yàn)槭侵苯又赶虻刂?，所以直接指針的方式更加快，但?duì)象訪問在Java中太過頻繁，積少成多后也會(huì)造成較高的執(zhí)行成本。

public class HeapOOM {

    static class OOMObject {

    }

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

這里可以設(shè)置下虛擬機(jī)相關(guān)的參數(shù),

-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8

public class JavaVMStackSOF {

    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackSOF stackSOF = new JavaVMStackSOF();

        try {
            stackSOF.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("Stack length: "+stackSOF.stackLength );
            throw e;
        }
    }
}

public class JavaVMStackOOM {

    private void doStop() {
        while (true) {

        }
    }

    public void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(()->{
               doStop();
            });
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

這里的話,在Windows平臺(tái)的虛擬機(jī)中，Java的線程是映射到操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程上，這里可能導(dǎo)致機(jī)器假死。

public class RuntimeConstantPoolOOM {

    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

public class DirectMemoryOOM {

    public static final int _1MB = 1024 * 1024;
    public static void main(String[] args) {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        try {
            Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
            while (true) {
                unsafe.allocateMemory(_1MB);
            }
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

了解了這些不得不佩服設(shè)計(jì)者，一個(gè)看似簡(jiǎn)單的東西底層要解決的問題、處理的細(xì)節(jié)也是非常多的，從Java虛擬機(jī)層面看到了不一樣的東西，也是非常有意思的，理解底層實(shí)現(xiàn)的原理有助于寫成更健壯的代碼，更快速的debug，就到這里了。