浅谈Java内存及内存溢出

摘要: Java内存及内存溢出知识的总结

最近有点时间，看了一下《深入理解Java虚拟机》一书，觉得需要总结一些东西。话不多说了开始了.

Java运行时数据区域：

Java虚拟机在执行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。如下图



首先，说一下那些内存区域是线程私有的：虚拟机栈（VM Stack）、本地方法栈（Native Method Stack）

程序计数器（Program Counter Register）。共有的：方法区（Method Area）、堆（Heap）

程序计数器（Program Counter Register）：

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

虚拟机栈（VM Stack）：

虚拟机栈（VM Stack）是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame），主要用来存放 局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等消息。

局部变量表存放：基本数据类型（boolean byte char short int float long double ）、对象引用（reference类型，记住 它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）

本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机指向Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

Java堆：

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域。此区域的唯一目的就是存放对象实例。几乎所有的对象实例都在这里分配内存。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

方法区：

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。它主要存储已被虚拟机加载的 类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆得一个逻辑部分，但是它有个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分。其实很多人都愿意把方法区成为“永久代（Permanent Generation）”本质上两者并不等价，更详细请参考《深入理解Java虚拟机》。

运行时常量池：是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息室常量池（Constant Pool Table），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。

直接内存：

直接内存（Direct Memory）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。但是这部分内存也是被频繁德使用。jdl1.4中加入了NIO类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（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DirectByteBuffer对象作为这一块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

说完了以上各个内存区域的作用，（以上各个内存区域的作用大部分出自于《深入理解Java虚拟机》中），下面更通俗的说分类说明以下，我们经常有人把Java内存分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack）。其中栈就是上面说的虚拟机栈。

堆（Heap）区：新生代、老生代

非堆（haep ）区：代码缓存区（CodeCache）、PermGen（永久代及方法区）、Java虚拟机栈、本地方法栈（Native Method Stack）。

Java堆(Heap)：新生代：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间

老年代（Tenured Generation）

方法区：又称非堆，永久代（Permanent Generation）（此处和上面非堆区有些冲突。下面是出自《深入理解Java虚拟机》）

介绍完上面，下面说一下OOM（OutOfMemory）的事：

首先说一下可能出现OOM的内存区域：

1.抛出：StackOverflowError

Java虚拟机栈、本地方法栈

2.抛出：OutOfMemoryError

Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆（Heap）、方法区（Method Area） 运行时常量池、直接内存

Java虚拟机栈：

会出现两种异常状况：StackOverflowError:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；OutOfMemoryError：如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展是无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

控制参数：栈容量只有-Xss参数设定.

本地方法栈（Native Method Stack）：

与虚拟机栈一样，本地方法栈（Native Method Stack）区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

控制参数：栈容量只有-Xoss参数设定,注：由于在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此，对于HotSpot来说，虽然-Xoss参数（设置本地方法栈大小）存在，但实际上是无效的，栈容量只有-Xss参数设定）

Java堆：

如果堆中没有内存完成实例分配，并且对也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常，

控制参数：-Xmx和-Xms控制。

方法区（Method）和运行时常量池：

和Java堆一样，当方法区无法满足内存分配需要时，将抛出OutOfMemoryError异常。

控制参数：-XX：PermSize和-XX：MaxPermSize限制方法区大小

直接内存：

如果忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展是出现OutOfMemoryError异常。

控制参数：-XX：MaxDirectMemorySize制定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx制定）一样。

以下是Java内存参数详细说明：以下内存摘自

1. 设置JVM内存的参数有四个：

a) 堆内存设置：程序可以到达的，可以操作的

-Xmx 最大堆内存分配 默认物理内存1/4，当空余堆内存大于70%时，会减小到-Xms的最小限制。 一般设置 -Xms和Xms大小相等，最佳设值应该视物理内存大小及计算机内其他内存开销而定；

-Xms 初始堆内存 默认物理内存1/64,也是最小分配堆内存。当空余堆内存小于40%时，会增加到-Xms的最大限制 ，Server端JVM最好将-Xms和-Xmx设为相同值，开发测试机JVM可以保留默认值；

-Xmn Java Heap Young区大小，不熟悉最好保留默认值；

-Xss 每个线程的Stack大小，不熟悉最好保留默认值；

b) 非堆内存设置
-XX:PermSize 非堆内存的初始值，默认物理内存的1/64 ，也是最小非堆内存。
-XX:MaxPermSize 非堆内存最大值，默认物理内存的1/4。

例如：

-Xms512m 设置JVM促使内存为512m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

-Xmx512m ，设置JVM最大可用内存为512M。

-Xmn200m：设置年轻代大小为200M。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

-Xss128k：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

注：以上参数内容详情主要出自于网络。

参考：http://www.cnblogs.com/jack204/archive/2012/07/02/2572932.html
http://blog.csdn.net/tiercel2008/article/details/6956816