JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

Java虛擬機(jī)定義了在程序執(zhí)行期間使用的各種運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域。 其中一些數(shù)據(jù)區(qū)域是在Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的葱轩，僅在Java虛擬機(jī)退出時(shí)才被銷毀睦焕。 有些數(shù)據(jù)區(qū)域是屬于線程的。 線程創(chuàng)建時(shí)創(chuàng)建每個(gè)線程的數(shù)據(jù)區(qū)域靴拱，并在線程退出時(shí)銷毀其數(shù)據(jù)區(qū)域垃喊。

The pc Register（程序計(jì)數(shù)器）

Java虛擬機(jī)可以一次支持多個(gè)執(zhí)行線程, 每個(gè)Java虛擬機(jī)線程都有其自己的pc (program counter) 寄存器。在任何時(shí)候袜炕，每個(gè)Java虛擬機(jī)線程都在執(zhí)行單個(gè)方法的代碼本谜，即該線程的當(dāng)前方法 。如果該方法不是native偎窘，則pc寄存器包含當(dāng)前正在執(zhí)行的Java虛擬機(jī)指令的地址乌助。如果當(dāng)前線程正在執(zhí)行的方法是native，則Java虛擬機(jī)的pc寄存器的值是 undefined 陌知。Java虛擬機(jī)的pc寄存器足夠?qū)捤校梢灾С痔囟ㄆ脚_(tái)上保存returnAddress或 native pointer .

Java Virtual Machine Stacks（Java虛擬機(jī)棧）

每個(gè)Java虛擬機(jī)線程都有一個(gè)私有Java虛擬機(jī)棧，與該線程同時(shí)創(chuàng)建仆葡。Java虛擬機(jī)堆棧存儲(chǔ)棧幀(以后會(huì)詳細(xì)討論)赏参。Java虛擬機(jī)棧類似于C語(yǔ)言的棧：它保存局部變量和返回結(jié)果，在方法調(diào)用和返回中起作用沿盅。因?yàn)槌?push 和 pop 棧幀把篓，從不直接操縱Java虛擬機(jī)棧，所以可以在堆上分配棧幀嗡呼。 Java虛擬機(jī)棧的內(nèi)存不必是連續(xù)的纸俭。

java虛擬機(jī)規(guī)范允許Java虛擬機(jī)棧具有固定大小皇耗，或者根據(jù)計(jì)算所需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和收縮南窗。 如果Java虛擬機(jī)棧的大小固定，則在創(chuàng)建每個(gè)Java虛擬機(jī)棧時(shí)可以獨(dú)立選擇其大小郎楼。

Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以為程序員或用戶提供對(duì)Java虛擬機(jī)棧初始大小的控制万伤，并且在動(dòng)態(tài)擴(kuò)展或收縮Java虛擬機(jī)棧的情況下，可以控制棧的最大值和最小值呜袁。

以下異常條件與Java虛擬機(jī)棧相關(guān)：

• 如果線程計(jì)算所需內(nèi)存比設(shè)置的java虛擬機(jī)棧更大, Java虛擬機(jī)將會(huì)拋出 StackOverflowError. [ java.lang.StackOverflowError ]
• 如果Java 虛擬機(jī)椀新颍可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,如果沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)為新線程創(chuàng)建初始Java虛擬機(jī)棧, Java 虛擬機(jī)就會(huì)拋出 OutOfMemoryError. [ java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread ]

StackOverflowError Example：

/**
 * VM Args：-Xms10m -Xmx10m -Xss128k
 */
public class StackOverflowErrorExample {
    static class Stack{
        private int stackLength = 1;
        public void leak(){
            stackLength++;
            leak();
        }
    }

    @Test
    public void testStackOverflowError(){
        Stack stack = new Stack();
        try {
            stack.leak();
        } catch (Throwable e) {
            assertTrue(e instanceof StackOverflowError);
        }
    }
}

OutOfMemoryError Example:

/**
 * VM Args：-Xms8m -Xmx8m -Xss512k -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseGCOverheadLimit
 */
public class OutOfMemoryErrorTest {
    static class EmptyRunnable implements Runnable{
        String[] arr = new String[1000];
        @Override
        public void run() {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(60*60);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @Test
    public void testOutOfMemoryError(){
        try {
            for (;;){
                new Thread(new EmptyRunnable()).start();
            }
        } catch (Throwable e) {
            assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
        }
    }
}

Heap（堆）

Java虛擬機(jī)具有一個(gè)在所有Java虛擬機(jī)線程之間共享的堆。 堆是運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)阶界，分配所有類實(shí)例和數(shù)組的內(nèi)存虹钮。堆是在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的聋庵。 自動(dòng)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)（垃圾收集器）可以回收堆中的無(wú)用對(duì)象；對(duì)象永遠(yuǎn)不會(huì)顯式釋放芙粱。Java虛擬機(jī)不指定具體類型的垃圾收集器祭玉，可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)者的系統(tǒng)要求選擇垃圾收集器。堆的大小可以是固定的春畔，也可以根據(jù)實(shí)際計(jì)算的要求進(jìn)行擴(kuò)展脱货，如果不需要更大的堆，則可以將其收縮律姨。 堆的內(nèi)存不必是連續(xù)的振峻。

Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可以為程序員或用戶提供對(duì)堆的初始大小的控制，并且择份，如果可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展或收縮堆扣孟，則可以控制堆的最大值和最小值。

以下異常與堆相關(guān)：

• 如果計(jì)算需要的堆大于自動(dòng)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以提供的堆的大小, Java 虛擬機(jī)會(huì)拋出一個(gè) OutOfMemoryError. [java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space]

OutOfMemoryError Example：

/**
 * VM Args：-Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class OutOfMemoryErrorExample {
    static class OOMObject{

    }
    @Test
    public void testOutOfMemoryErrorForHeap(){
        try {
            List<OOMObject> list = new ArrayList<>();

            while(true){
                list.add(new OOMObject());
            }
        } catch (Throwable e) {
            assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
        }
    }
}

Method Area（方法區(qū)）

Java 虛擬機(jī)具有一個(gè)在所有Java虛擬機(jī)線程之間共享的 method area . 該方法區(qū)域類似于C語(yǔ)言的編譯代碼的存儲(chǔ)區(qū)域缓淹，或者類似于操作系統(tǒng)過(guò)程中的"text"段哈打。它存儲(chǔ)每個(gè)類的結(jié)構(gòu)，例如運(yùn)行時(shí)常量池讯壶，字段和方法數(shù)據(jù)料仗，以及編譯后的方法和構(gòu)造函數(shù)的代碼，包括用于類和實(shí)例初始化以及接口初始化的特殊方法（例如 <init> 或 <clinit >等）伏蚊。

方法區(qū)是在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的立轧。 盡管方法區(qū)在邏輯上是堆的一部分，但是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)可以選擇不進(jìn)行垃圾回收或壓縮躏吊。JVM規(guī)范沒(méi)有規(guī)定方法區(qū)的位置或用于管理已編譯代碼的策略氛改。方法區(qū)可以是固定大小的，或者可以根據(jù)計(jì)算所需進(jìn)行擴(kuò)展比伏，如果用不到更大的方法區(qū)域胜卤，則可以縮小。方法區(qū)的內(nèi)存不必是連續(xù)的赁项。

Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以為程序員或用戶提供對(duì)方法區(qū)域初始大小的控制葛躏，以及在方法區(qū)大小可變的情況下，可以控制方法區(qū)域最大值和最小值

以下異常與方法區(qū)相關(guān)：

• 如果方法區(qū)中的內(nèi)存無(wú)法滿足分配請(qǐng)求悠菜，則Java虛擬機(jī)將引發(fā) OutOfMemoryError. [java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space]

OutOfMemoryError Example:

/**
 * VM Args：-Xms10m -Xmx10m -XX:PermSize=5M -XX:MaxPermSize=8M 
 */
public class JavaMethodAreaOOM {
    static class OOMObject {

    }

    @Test
    public void testJavaMethodAreaOOM(){
        try {
            for (;;){
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
                enhancer.setUseCache(false);
                enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                    public Object intercept(Object object, Method method,
                                            Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable{
                        return proxy.invokeSuper(object, args);
                    }
                });
                enhancer.create();
            }
        } catch (Throwable e) {
            assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
        }
    }
}

Run-Time Constant Pool（運(yùn)行時(shí)常量池）

運(yùn)行時(shí)常量池是類文件中constant_pool 表的按類或按接口的運(yùn)行時(shí)的表示舰攒。它包含幾種常量，從編譯時(shí)已知的數(shù)字悔醋、文字到必須在運(yùn)行時(shí)解析的方法和字段引用摩窃。運(yùn)行時(shí)常量池的功能類似于C語(yǔ)言的符號(hào)表，盡管它包含的數(shù)據(jù)范圍比典型的符號(hào)表還大芬骄。

每個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池都是從Java虛擬機(jī)的方法區(qū)分配的猾愿。 當(dāng)Java虛擬機(jī)創(chuàng)建類或接口時(shí)鹦聪，將為類或接口構(gòu)造運(yùn)行時(shí)常量池。

以下異常與運(yùn)行時(shí)常量池構(gòu)造有關(guān)：

• 創(chuàng)建類或接口時(shí)蒂秘，如果運(yùn)行時(shí)常量池的構(gòu)造所需的內(nèi)存超過(guò)Java虛擬機(jī)的方法區(qū)中可用的內(nèi)存椎麦，則Java虛擬機(jī)將拋出 OutOfMemoryError.

OutOfMemoryError Example:

/**
 * VM Args：-Xms15m -Xmx15m -XX:PermSize=8M -XX:MaxPermSize=8M
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
    List<String> array;
    @Before
    public void setUp(){
        array = new ArrayList<>();
    }
    @Test
    public void testRuntimeConstantPoolOOM(){
        try {
            int i = 0;
            while (true) {
                array.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        } catch (Throwable e) {
            assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
        }
    }
}

Native Method Stacks（本地方法棧）

Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以使用傳統(tǒng)的堆棧（俗稱“ C堆棧”）來(lái)支持本機(jī)方法（用Java編程語(yǔ)言以外的語(yǔ)言編寫的方法）. 解釋程序也可以使用諸如C之類的語(yǔ)言來(lái)解釋Java虛擬機(jī)的指令集材彪，以便使用本地方法棧. Java 虛擬機(jī)不能加載 native的方法观挎，并且自身不依賴于常規(guī)堆棧，因此無(wú)需提供本地方法棧.

Jvm虛擬機(jī)規(guī)范允許本地方法棧具有固定大小段化，或者根據(jù)計(jì)算所需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和收縮嘁捷，如果本地方法棧的大小固定，則在創(chuàng)建本地方法棧的時(shí)候大小可以單獨(dú)設(shè)置显熏。

Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以為程序員或用戶提供對(duì)本地方法棧初始大小的控制雄嚣，以及在本地方法棧大小可變的情況下，可以控制方法區(qū)域最大值和最小值

以下異常與本地方法棧相關(guān):

• 如果線程計(jì)算所需內(nèi)存比設(shè)置的本地方法棧更大,, Java虛擬機(jī)將會(huì)拋出 StackOverflowError.
• 如果本地方法棿。可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,如果沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)為新線程創(chuàng)建初始本地方法棧, Java 虛擬機(jī)就會(huì)拋出 OutOfMemoryError.

因?yàn)樾枰惭bC或C++編譯環(huán)境缓升，我們就不再展示Demo了，理論上和Java虛擬機(jī)棧類似蕴轨，用遞歸函數(shù)模擬棧的push港谊，導(dǎo)致StackOverflowError，或者生成足夠多的線程橙弱，以至于產(chǎn)生OutOfMemoryError

總結(jié)

Jvm運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū).png