Java的JVM可以自动管理内存，包括内存动态分配和垃圾收集等。
简介
JVM在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着JVM进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
先看看JVM运行时数据区包括哪几个部分：
JVM运行时数据区
可以看出JVM运行时数据区包括：堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区、程序计数器和运行时常量池。其中，运行时常量池在方法区里。
接下来对这几个区域一一介绍。
Java堆
Java堆（Java Heap）是JVM所管理的内存中最大的一块。
堆的作用是用来存放对象实例，所有的对象实例和数组都在堆上分配内存。
堆也是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。因为垃圾收集器主要用来收集对象，对象在堆上分配，所以自然堆是垃圾收集器管理的主要区域。
堆被所有的线程共享，在虚拟机启动时创建，物理上可在不连续的内存空间中，跟磁盘空间一样。
Java堆溢出
什么情况下会堆溢出
当创建新对象，堆上内存不够时就会产生堆溢出。
只要不断创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么当堆上的内存不够创建新对象时就会产生内存溢出异常。
制造堆溢出
/**
* -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
public class HeapOOM {
static class OOMObject{
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
long length=0;
while (true){
try {
list.add(new OOMObject());
length += 1;
} catch (Throwable e){
System.out.println("number of obj: "+length);
throw e;
}
}
}
}
输出：
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid39193.hprof ...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Heap dump file created [27917334 bytes in 0.227 secs]
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
number of obj: 810325
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
at com.lbd.jvm.HeapOOM.main(HeapOOM.java:20)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:497)
at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:144)
Process finished with exit code 1
解决堆溢出
重点确认内存中的对象是否是必要的，也就是确认到底是出现了内存泄露（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）。
方法：通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）对Dump出来的堆转储快照进行分析。
如果是内存泄露：
进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链，这样就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的，这样就可以比较准确地定位出泄露代码的位置
如果不是内存泄露：
也就是内存中的对象确实还必须存活这，那就应该检查虚拟机的堆参数（-Xms和-Xmx），看看是否可以调大一些。
方法区
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息（类的版本、字段、方法、接口等描述信息）、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。
方法区的内存回收主要针对常量池的回收和堆类型的卸载。垃圾收集行为在该区域比较少出现。
在HotSpot虚拟机中，方法区又被称为“永久代”（Permanent Generation），这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，就不用专门为方法区编写内存管理代码了。
方法区溢出
如果产生大量的类或者大量的字符串常量（运行时常量池溢出）可能导致方法区溢出。
Java SE API可以动态产生类，如反射时的GeneratedConstructorAccessor和动态代理等。
运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
运行时常量池溢出
什么时候会运行时常量池溢出
产生大量的字符串常量。
制造运行时常量池溢出
注：以下代码只在JDK1.6及之前的版本才会产生运行时常量池溢出异常，因为在这些版本中常量池分配在永久代内，可以通过-XX:PermSize=1M -XX:MaxPermSize=1M来限制方法区的大小，从而间接限制其中常量池的容量。
/**
* -XX:PermSize=1M -XX:MaxPermSize=1M
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
int i = 0;
while (true){
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}
虚拟机栈
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应者一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
虚拟机栈是线程私有的。为Java方法服务。
虚拟机栈中最重要的是局部变量表。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。是在编译期确定的。
虚拟机栈溢出
什么情况下会Java虚拟机栈溢出
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度（一般是递归），将抛出StackOverflowError异常。
- 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
制造虚拟机栈溢出（StackOverflowError）
递归。因为递归需要用到栈。设置栈容量为256k（-Xss256k）。
/**
* -Xss256k
*/
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Throwable e){
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}
输出：
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
stack length:2789
at com.lbd.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
at com.lbd.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
at com.lbd.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
at com.lbd.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
at com.lbd.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
当调用了2789次后出现了栈溢出StackOverflowError。
制造虚拟机栈溢出（OutOfMemoryError）
创建足够多的线程，当扩展栈时无法申请到足够的内存空间，就会抛出OutOfMemoryError异常。
/**
* -Xss2M
* dangerous,don't run this program!
*/
public class JavaVMStackOOM {
private void dontStop() {
while (true);
}
public void stackLeakByThread () {
while (true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dontStop();
}
});
thread.start();
}
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
oom.stackLeakByThread();
}
}
本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用很相似。区别在于：虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。
程序计数器
程序计数器用来记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址。程序计数器是线程私有的。是唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
因为Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配CPU执行时间的方式来实现的。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程需要有一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储。
直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。
JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Ouput)类，引入了一种基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBufer对象作为这块内存的引用进行操作。
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