一、Java内存区域与内存溢出异常

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一．运行时数据区域

Jvm在执行程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的区域；这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间。

如下图所示：

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1.1 程序计数器（Program Counter Register）

线程私有，是一块较小的内存区域，可以看做是当前线程所执行字节码的行号指示器。字节码解释器通过改变这个计数器的数值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理都需要依赖它来完成。

注：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，如果是执行本地（native）方法，这个计数器的值为空（undefined）。并且此内存区域是唯一一个没有oom异常的区域。

1.2 java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

线程私有，虚拟机描述的是java方法执行的内存模型，每个方法执行时会创建一个栈帧（Stack Frame）,用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口信息等。局部变量表：存放了编译期可知各种基本数据类型、对象的引用（reference类型）、returnAdress类型。注：局部变量表所需的内存空间在编译期间就完成分配，当进入一个方法时，此方法需要在栈中分配多大的局部变量表的空间是完全确定的，在方法运行期间该变量表的大小不会改变。
此区域可能出现两种异常：

• StackOverflowError异常，当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度导致。
• OutOfMemoryError异常，当虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存导致。

1.3 本地方法栈（Native Method Stack）

线程私有，与虚拟机栈非常相似。区别在于虚拟机栈为java方法提供服务，而本地方法栈是为Native方法提供服务。

1.4 java堆（Java Heap）

线程共享，可能是jvm管理内存区域最大的一块，在虚拟机启动时创建，存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存，它是GC主要收集的区域。从内存回收角度来看，现代收集器都是使用分代收集算法，所有它还可以细分为:Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

注：可以通过（-Xmx和-Xms控制该区域大小）OutOfMemoryError异常：如果堆中没有内存可以完成实例分配，将会导致该异常。

1.5方法区（Method Area）

线程共享，用于存储虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据。

• 运行时常量池（Run Time Pool）：属于方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。

1.6直接内存（Direct Memory）

不属于虚拟机运行区域的一部分，但是这部分内存也会被频繁的使用，也会出现OOM异常。在jdk1.4中，新加入的NIO，引入了一种基于chanel(通道)和buffer(缓存区)的I/O方式，它可以使用Native函数直接分配堆外内存，然后通过Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，避免了Java堆和Native堆中来回复制数据,大大提升了性能。

二.Hotpot虚拟机对象探秘

2.1对象的创建

• 当遇到new指令时，首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号的引用，并检查这个类是否已经被加载、解析、初始化过。若没有，需要先执行类加载过程。
• 为新生对象分配内存；
• 将分配的内存空间都初始化为零（不包括对象头）；
• 对对像进行必要的设置，包括这个对象的类的实例信息。如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的Gc分代的年龄信息等；
• 上面过程完成后，虚拟机视角该对象已经产生了。但从java程序视角来看，对象创建才刚刚开始；
• 执行<init>方法，对象创建完成。

2.2对象的内存布局

在hotpot虚拟机中，对象在内存中的布局分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、和对齐填充（Padding）。

• 对象头： 包含两部分信息

①Mark Word 存储自身的运行时数据，包括哈希吗、GC分代年龄、锁状态标志位、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
②类型指针 对象执行它的类的元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象时那个类的实例。

• 实例数据：
  对象真正的存储的有效信息，也是在程序代码中存在所定义的各种类型的字段内容，包括从父类继承下来的。还是在子类中定义的，都需要被记录下来。

默认分配策略：对象的实例数据在hotsopt中，相同宽度的字段总是被分配到一起。

• 对齐填充 :
  不是必然存在的，也没有特别的含义，只起占用符的作用。存在的意义，hotspot的自动内存管理系统要求对象起始地址时8字节的整数倍，因此，若实例对象大小不是8的整数倍,就需要通过对齐填充来补全。

2.3对象的访问定位

主流的两种对象访问方式：

• ① 使用句柄池访问：从java堆中划分一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象句柄的地址。句柄中包含了对象的实例数据与类型数据各自的具体地址信息。也就是需要通过对象实例数据的指针找到堆中对象的实例数据，通过对象的类型指针找到方法区中的对象的类型数据。
• ② 使用直接指针访问：reference存储的是直接的对象实例数据地址，也就是对象地址。省去了一次定位指针开销，它的对象实例中包括了对象类型数据的指针，可以定位到方法区的对象类型数据。

各自优点：句柄池访问最大的好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（gc过程中会移动对象的内存地址）只会改变句柄中的实例数据指针，而reference不用修改。直接指针访问最大的优点是访问块，它节省了一次指针定位的时间开销，对象访问很频繁，积少成多，是个很大的执行成本。
<u> TODO 补图去理解</u>