所有的Java開發(fā)人員可能會遇到這樣的困惑枪汪？我該為堆內(nèi)存設(shè)置多大空間呢掂之？OutOfMemoryError的異常到底涉及到運(yùn)行時數(shù)據(jù)的哪塊區(qū)域压固？該怎么解決呢梳码？其實如果你經(jīng)常解決服務(wù)器性能問題人芽，那么這些問題就會變的非常常見望几，了解JVM內(nèi)存也是為了服務(wù)器出現(xiàn)性能問題的時候可以快速的了解哪塊的內(nèi)存區(qū)域出現(xiàn)問題，以便于快速的解決生產(chǎn)故障萤厅。
先看一張圖橄抹，這張圖能很清晰的說明JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)布局靴迫。
JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要有三大塊：堆內(nèi)存、方法區(qū)和棧楼誓。
堆內(nèi)存是JVM中最大的一塊由年輕代和老年代組成玉锌，而年輕代內(nèi)存又被分成三部分，Eden空間疟羹、From Survivor空間主守、To Survivor空間，默認(rèn)情況下年輕代按照8:1:1的比例來分配榄融；
方法區(qū)存儲類信息参淫、常量、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)愧杯，是線程共享的區(qū)域涎才，為與Java堆區(qū)分，方法區(qū)還有一個別名Non-Heap(非堆)力九；
棧又分為java虛擬機(jī)棧和本地方法棧主要用于方法的執(zhí)行耍铜。
在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
控制參數(shù)：
- -Xms設(shè)置堆的最小空間大小。
- -Xmx設(shè)置堆的最大空間大小跌前。
- -XX:NewSize設(shè)置新生代最小空間大小棕兼。
- -XX:MaxNewSize設(shè)置新生代最大空間大小。
- -XX:PermSize設(shè)置永久代最小空間大小抵乓。
- -XX:MaxPermSize設(shè)置永久代最大空間大小伴挚。
- -Xss設(shè)置每個線程的堆棧大小。
沒有直接設(shè)置老年代的參數(shù)臂寝，但是可以設(shè)置堆空間大小和新生代空間大小兩個參數(shù)來間接控制章鲤。
老年代空間大小=堆空間大小-年輕代空間大小
從更高的一個維度再次來看JVM和系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系：
方法區(qū)和堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域；而java棧咆贬、本地方法棧和程序計數(shù)器是運(yùn)行是線程私有的內(nèi)存區(qū)域败徊。
下面我們詳細(xì)介紹每個區(qū)域的作用。
Java堆（Heap）
對于大多數(shù)應(yīng)用來說掏缎，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊皱蹦。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建眷蜈。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例沪哺，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域酌儒，因此很多時候也被稱做“GC堆”辜妓。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：新生代和老年代籍滴；再細(xì)致一點的有Eden空間酪夷、From Survivor空間、To Survivor空間等孽惰。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定晚岭，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)的即可勋功，就像我們的磁盤空間一樣坦报。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的狂鞋，也可以是可擴(kuò)展的片择，不過當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來實現(xiàn)的（通過-Xmx和-Xms控制）。
如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配骚揍，并且堆也無法再擴(kuò)展時构回，將會拋出OutOfMemoryError異常。
方法區(qū)（Method Area）
方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣疏咐，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息脐供、常量浑塞、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)政己。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分酌壕，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來歇由。
對于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說卵牍，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價沦泌，僅僅是因為HotSpot虛擬機(jī)的設(shè)計團(tuán)隊選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)糊昙，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已。
Java虛擬機(jī)規(guī)范對這個區(qū)域的限制非常寬松谢谦，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外释牺，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集。相對而言回挽，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的没咙，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千劈，一般來說這個區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意祭刚，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實是有必要的涡驮。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定暗甥，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常遮怜。
方法區(qū)有時被稱為持久代（PermGen）淋袖。
所有的對象在實例化后的整個運(yùn)行周期內(nèi)，都被存放在堆內(nèi)存中锯梁。堆內(nèi)存又被劃分成不同的部分：伊甸區(qū)(Eden)即碗，幸存者區(qū)域(Survivor Sapce)，老年代（Old Generation Space）陌凳。
方法的執(zhí)行都是伴隨著線程的剥懒。原始類型的本地變量以及引用都存放在線程棧中。而引用關(guān)聯(lián)的對象比如String合敦，都存在在堆中初橘。為了更好的理解上面這段話，我們可以看一個例子：
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import org.apache.log4j.Logger;
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);
}
}
這段程序的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放如下：
通過JConsole工具可以查看運(yùn)行中的Java程序（比如Eclipse）的一些信息：堆內(nèi)存的分配充岛，線程的數(shù)量以及加載的類的個數(shù)保檐；
程序計數(shù)器（Program Counter Register）
程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器崔梗。在虛擬機(jī)的概念模型里（僅是概念模型夜只，各種虛擬機(jī)可能會通過一些更高效的方式去實現(xiàn)），字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令蒜魄，分支扔亥、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)谈为、異常處理旅挤、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。
由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的伞鲫，在任何一個確定的時刻粘茄，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內(nèi)核）只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此秕脓，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置驹闰，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間的計數(shù)器互不影響撒会，獨立存儲嘹朗，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存。
如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法诵肛，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址屹培；如果正在執(zhí)行的是Natvie方法默穴，這個計數(shù)器值則為空（Undefined）。
此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域褪秀。
JVM棧（JVM Stacks）
與程序計數(shù)器一樣蓄诽，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同媒吗。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法被執(zhí)行的時候都會同時創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表仑氛、操作棧、動態(tài)鏈接闸英、方法出口等信息锯岖。每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程甫何。
局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean出吹、byte、char辙喂、short捶牢、int、float巍耗、long秋麸、double）、對象引用（reference類型炬太，它不等同于對象本身竹勉，根據(jù)不同的虛擬機(jī)實現(xiàn)，它可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樎α穑部赡苤赶蛞粋€代表對象的句柄或者其他與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。
其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用2個局部變量空間（Slot）吓歇，其余的數(shù)據(jù)類型只占用1個孽水。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個方法時城看，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的女气，在方法運(yùn)行期間不會改變局部變量表的大小。
在Java虛擬機(jī)規(guī)范中测柠，對這個區(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)所允許的深度炼鞠，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)椇湫玻可以動態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動態(tài)擴(kuò)展谒主，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)展時無法申請到足夠的內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常赃阀。
本地方法棧（Native Method Stacks）
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霎肯，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)。虛擬機(jī)規(guī)范中對本地方法棧中的方法使用的語言观游、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有強(qiáng)制規(guī)定搂捧，因此具體的虛擬機(jī)可以自由實現(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)棧合二為一懂缕。與虛擬機(jī)棧一樣允跑，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
哪兒的OutOfMemoryError
對內(nèi)存結(jié)構(gòu)清晰的認(rèn)識同樣可以幫助理解不同OutOfMemoryErrors：
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
原因：對象不能被分配到堆內(nèi)存中
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：類或者方法不能被加載到持久代搪柑。它可能出現(xiàn)在一個程序加載很多類的時候聋丝，比如引用了很多第三方的庫；
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
原因：創(chuàng)建的數(shù)組大于堆內(nèi)存的空間
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?
原因：分配本地分配失敗拌屏。JNI潮针、本地庫或者Java虛擬機(jī)都會從本地堆中分配內(nèi)存空間。
Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>（Native method）
原因：同樣是本地方法內(nèi)存分配失敗倚喂，只不過是JNI或者本地方法或者Java虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)
