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Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中，會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域有各自不同的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間秋秤，有些區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結(jié)束而建立和銷毀脚翘。根據(jù)Java SE 7虛擬機規(guī)范灼卢，Java虛擬機所管理的內(nèi)存將會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域：
JVM 內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)域
- 程序計數(shù)器
是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器来农，字節(jié)碼解釋器工作時就是改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令鞋真，分支、循環(huán)沃于、跳轉(zhuǎn)涩咖、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成繁莹。
由于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)的檩互，所以為了線程切換后恢復到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要一個獨立的程序計數(shù)器咨演，各條線程計數(shù)器互不影響闸昨，因此這塊內(nèi)存屬于“線程私有”的。
另外，如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法饵较，則計數(shù)器里記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址拍嵌；如果執(zhí)行的是Native方法，則計數(shù)器的值為空（Undefined）循诉。此內(nèi)存區(qū)域是Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域横辆。 - 虛擬機棧
與程序計數(shù)器一樣，虛擬機棧也屬于線程私有的茄猫。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行時的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的同時會創(chuàng)建一個棧幀（Stack frame）用于存儲局部變量表狈蚤、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接划纽、方法出口等信息脆侮。每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機中從入棧到出棧的過程阿浓。
局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（8種）、引用類型（可能指向?qū)ο笃鹗嫉刂诽Ｕ溃部赡苤赶蛞粋€代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）芭毙。
64位長度的long和double會占用兩個局部變量空間，其余數(shù)據(jù)類型只占用一個卸耘。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯器完成分配退敦，在方法運行時，局部變量表在幀中所占空間是確定的并且不會發(fā)生改變的蚣抗。
虛擬機棧中可能會發(fā)生兩種異常情況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度侈百，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機椇舱。可以動態(tài)擴展钝域，如果擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存，就會拋出OutOfMemoryError異常锭魔。 - 本地方法棧
與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的例证。虛擬機棧為Java方法（字節(jié)碼）服務，本地方法棧為虛擬機使用到的Native方法服務迷捧。也會拋出兩種異常织咧。 - 堆
Java虛擬機管理內(nèi)存中最大的一塊。線程共享漠秋，在虛擬機啟動時創(chuàng)建笙蒙。用于存放對象實例，這一點在Java虛擬機規(guī)范中描述是：所有對象的實例以及數(shù)組都要在堆上分配庆锦，但是隨著技術的發(fā)展捅位，所有對象都在堆上分配也變得不是那么“絕對”了。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時绿渣，將會拋出OutOfMemoryError異常朝群。 - 方法區(qū)
屬于線程共享的區(qū)域。用于存放被虛擬機加載的類信息中符、常量姜胖、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)淀散。當方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時右莱，將會拋出OutOfMemoryError異常。
- 運行時常量池档插。
- 是方法區(qū)的一部分慢蜓，Class文件中除了有類的版本、字段郭膛、方法晨抡、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table）则剃，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用耘柱，這部分內(nèi)容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。
- 運行時常量池具有動態(tài)性棍现。Java語言并不要求常量一定只有編譯器才能產(chǎn)生调煎，運行期間也可以將新的常量放入池中，這種特性被開發(fā)人員利用的比較多的是String類的intern()方法己肮。
- 常量池屬于方法區(qū)的一部分士袄，也會拋出OutOfMemoryError異常。
- 直接內(nèi)存
- 并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分谎僻，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域娄柳，但是這部分內(nèi)存也被頻繁的使用，也有可能導致OutOfMemoryError異常艘绍。
- 在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類西土，引入了一種基于通道和緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存鞍盗，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作需了。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在Java堆中和Native堆中來回復制數(shù)據(jù)般甲。
- 對象的創(chuàng)建（討論普通的對象肋乍，不包括數(shù)組和Class對象等）
- 虛擬機遇到new指令時，首先檢查這個指令的參數(shù)能否在常量池定位到一個類的符號引用敷存，并且檢查這個符號引用代表的類是否已經(jīng)被加載墓造、解析和初始化堪伍。如果沒有，就必須先執(zhí)行相應的類的加載過程觅闽。
- 類加載檢查通過后帝雇，虛擬機就會分配內(nèi)存。對象所需的內(nèi)存大小在類加載完成后便可以完全確定蛉拙，而分配內(nèi)存有兩種策略：第一個是“指針碰撞”尸闸，要求Java堆的內(nèi)存是規(guī)整的，測試只需要移動邊界指針即可孕锄；第二種情況是Java堆的內(nèi)存不是規(guī)整的吮廉，已使用的內(nèi)存和被占用的內(nèi)存相互交錯，這種情況下需要根據(jù)Java虛擬機維護的空閑列表（Free list）來找到一塊足夠大的空間分配給對象實例畸肆。而這兩種方式又與垃圾回收策略密切相關宦芦。
- 考慮在并發(fā)條件下對象創(chuàng)建并不是線程安全的。有兩種方案：一種是對分配內(nèi)存空間的動作進行同步處理轴脐；另一種是把內(nèi)存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進行调卑，即TLAB
- 虛擬機將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值（不包括對象頭）
- 接下來，虛擬機要對對象進行必要的設置大咱，例如這個對象時哪個類的實例恬涧、如何找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希碼徽级、對象的GC分代年齡等信息气破。這些信息存放在對象頭之中聊浅。
- 對象的內(nèi)存布局（對象頭餐抢、實例數(shù)據(jù)和對齊填充）
- HotSpot虛擬機對象頭有兩部分信息。第一部分用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)低匙，如哈希碼旷痕，GC分代年齡等；對象頭的另一部分是類型指針顽冶，即對象指向它類元數(shù)據(jù)的指針欺抗，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。然而强重，并不是所有虛擬機都必須在對象數(shù)據(jù)上保留這個類型指針绞呈，換句話說，查找對象的類型并不一定需要通過對象本身间景，有的虛擬機通過句柄來實現(xiàn)佃声。對象頭在32位和64位虛擬機中分別是32bit和64bit。
- 實例數(shù)據(jù)部分是對象真正存儲的有效信息倘要。無論是從父類繼承的圾亏，還是子類本身的，都需要記錄起來。字段的存儲順序會受到虛擬機分配策略參數(shù)和字段在Java源碼中定義順序的影響志鹃。HotSpot虛擬機默認的分配策略是longs/doubles夭问，ints，shorts/chars曹铃，bytes/booleans缰趋，oops（引用），相同長度的字段總被分配到一起铛只。在滿足這個前提條件下埠胖，父類中出現(xiàn)的變量會出現(xiàn)在子類變量之前。如果CompactFields參數(shù)值為true淳玩，那么子類中較窄的變量也可能會插入到父類變量的空隙之中直撤。
- 對齊填充部分并不是必然存在的。HotSpot要求對象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍蜕着，換句話說谋竖，對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。而對象頭正好是8的整數(shù)倍承匣，因此蓖乘，當對象實例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補全韧骗。
- 對象的訪問定位（使用句柄和直接指針兩種）
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使用句柄訪問嘉抒。Java堆中會劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池，reference中存儲的是對象的句柄地址袍暴。
通過句柄訪問對象 -
通過指針訪問些侍。
通過指針訪問對象 - 這兩種訪問定位方式各有優(yōu)勢。使用句柄的好處是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址政模，在對象被移動（垃圾收集是對象移動是非常普遍的行為）是reference本身不需要修改岗宣。
使用指針訪問的最大好處是速度很快，它節(jié)省了一次指針定位的時間開銷淋样，由于對象的訪問十分頻繁耗式，因此這類開銷積少成多會十分可觀。就HotSpot而言趁猴，它是使用指針直接訪問對象刊咳。
- Java堆溢出
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Java堆用于存儲對象實例，只要不斷的創(chuàng)建對象儡司，并且保證GC Roots到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收機制清除對象娱挨，那么對象數(shù)量達到最大堆的容量限制后就會產(chǎn)生OutOfMemoryError異常。
Java 堆溢出實例 當發(fā)生這個異常后枫慷，一般的手段是先通過內(nèi)存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）對Dump出來的堆存儲快照進行分析让蕾。重點是分析是出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏還是內(nèi)存溢出浪规。
如果是內(nèi)存泄漏，可進一步通過工具查看泄漏對象到GC Roots的引用鏈探孝。于是就能找到泄漏對象是通過怎樣的路徑與GC Roots相關聯(lián)而導致無法回收孩锡，這樣可以準確的定位出泄漏代碼的位置呻澜。
如果是內(nèi)存溢出，就應該檢查虛擬機的堆參數(shù)（-Xmx與-Xms），與機器物理內(nèi)存對比看是否還可以調(diào)大狸窘。
- 虛擬機棧和本地方法棧溢出
- 在單個線程下脯丝，無論是由于棧幀太大還是虛擬機棧容量太小脓钾，當無法分配內(nèi)存的時候尼夺，虛擬機拋出的都是StackOverflowError異常，這樣通常發(fā)生在無限遞歸調(diào)用之中绍些。
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如果測試不限于單線程捞慌，通過不斷的建立線程的方式倒是可以產(chǎn)生OutOfMemoryError異常。原因是這樣：操作系統(tǒng)分給每個進程的內(nèi)存是有限的柬批，這個有限的內(nèi)存減去堆容量啸澡、方法區(qū)容量和程序計數(shù)器容量（可以忽略不計），剩下的就是由所有線程的虛擬機棧和本地方法棧瓜分氮帐。創(chuàng)建的線程多到一定數(shù)量時嗅虏，這塊內(nèi)存就被完全占用，此時就會拋出異常上沐。
由過多線程引起的棧OutOfMemoryError異常
結(jié)果 - 如果在開發(fā)過程中皮服，線程的數(shù)量不能被減少，就只能通過減小堆容量和減小棧容量來換取更多的線程参咙，以此達到更高的效率龄广。
