2.1 概述

• c,c++开发人员拥有最高权利,可以操作每一个对象,又需要维护每个对象的开始与销毁

• java开发人员不需要为每一个对象写配对的delete/free代码,不容易出现内存泄露与内存溢出问题,不过,出现内存方面的问题,排查又是一项异常艰难的工作

2.2运行时数据区域

• 方法区Method Area

• 虚拟机栈VM Stack

• 本地方法栈Native Method Stack

• 堆 Heap

• 程序计数器 program Counter Register

2.2.1 程序计数器

java虚拟机通过线程轮换来分配处理器执行时间,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器,为线程私有内存

2.2.2 Java虚拟机栈

与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同.

2.2.3 本地方法栈

本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务

2.2.4 Java堆

Java堆(Heap)是Java虚拟机所管理的 内存中最大的一块,Java对是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建.此内存区域的唯一目的就是存放对象实例. Java堆是垃圾收集器管理的主要区域 现在的收集器基本采用分代收集算法

Java堆

• 新生代

• 老年代 更细致

• Eden空间

• From Survivor空间

• To Survivor空间

2.2.5

2.2.6 运行时常量池

直接内存

2.3 HotSpot虚拟机对象探秘

2.3.1 对象的创建

划分内存

• Serial

• ParNew

• CMS

保证线程安全

1. 对分配内存空间的动作进行同步处理---实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性

2. 把内存分配动作按照线程划分在不同的空间之中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer).虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB 参数设定

2.3.2 对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域

3. 对象头(Header)
1. 运行时数据,如哈希码,GC分代你年龄,锁状态标识,线程持有的锁,偏向线程Id,偏向时间戳
2. 类型指针,虚拟机通过这个指针确定这个对象是哪个类的示例

4. 实例数据(Instance Data)
1. 各种类型的字段内容

5. 对齐填充(Padding)
1. 不是必然存在,由于HotSpot Vm的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全

2.3.3 对象的访问定位

主流方式

1. 使用句柄
• 原理:划分出一块内存作为句柄池.reference中存储的就是对象的句柄地址,句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息
• 优点:reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动时,只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要修改

2. 直接指针
• 原理:Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,而reference中存储的直接就是对象地址
• 优点:速度更快,少了一次通过句柄定位指针的开销

2.4 实战:OutOfMemoryError异常

1. 通过代码验证Java虚拟机规范中描述的各个运行时区域存储的内容

2. 根据异常的信息快速判断是哪个区域的内存一处,知道什么的样的代码可能导致这些区域内存溢出,以及出现这些异常后如何处理

2.4.1 Java堆溢出

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * @author jimersylee
 */publicclassHeapOOM {
privatestaticclassOOMObject{

    }
publicstatic void main(String[] args){
List<OOMObject>list=new ArrayList<>();
while(true){
list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid27497.hprof ...
Exceptionin thread "main" Heap dump file created [27789642 bytesin 0.164 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2.4.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,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.

• 使用-Xss参数减少栈内存容量.结果抛出StackOverflowError异常,异常出现时输出的堆栈深度相应缩小

• 定义了大量的本地变量,增大此方法帧中本地变量表的长度.结果:抛出StackOverflowError异常时堆栈深度相应缩小

/**
 * 虚拟机和本地方法栈OOM测试(仅作为第一点测试程序)
 * VM Args:-Xss228k
 * @author Jimersy Lee
 */publicclassJavaVMStackSOF {
privateint stackLength=1;
publicvoidstackLeak(){
        stackLength++;
        stackLeak();
    }
publicstaticvoidmain(String[] args) throws Throwable{
        JavaVMStackSOF oom=new JavaVMStackSOF();
try {
            oom.stackLeak();
        }catch (Throwable e){
            System.out.println("stack length:"+oom.stackLength);
throw e;
        }
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
   stack length:1517
    at JVM.chapter2.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
    at JVM.chapter2.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)
    at JVM.chapter2.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)
    at JVM.chapter2.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)
.....后续异常堆栈信息省略

/**
 * 创建线程导致内存溢出异常
 * VM Args: -Xss2M
 * @author Jimersy Lee
 * todo:没有等到抛出异常
 */publicclassJavaVMStackOOM {
privatevoiddontStop(){
while (true){

        }
    }

publicvoidstackLeakByThread(){
int count=0;
while(true){
            Thread thread=new Thread(new Runnable() {
                @Override
publicvoidrun() {
                    dontStop();
                }
            });
            thread.start();
            System.out.println(count++);
        }
    }
publicstaticvoidmain(String[] args){
        JavaVMStackOOM oom=new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

2.4.3 方法区和运行时常量池溢出

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 运行时常量池导致的内存溢出异常,适用版本jdk1.6,1.8已经去除永久代
 * @author jimersylee
 * VM Args: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
 * String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串,则返回代表池中这个字符串的String对象;否则,将此String对象包含的字符串添加到常量池中,并且返回此String对象的引用
 */publicclassRuntimeConstantPoolOOM {
publicstatic void main(String[] args){
//使用List保持着常量池引用,避免Full GC回收常量池行为List<String>list=new ArrayList<>();
//10MB的PermSize在Integer范围内足够产生OOM了
        int i=0;
while (true){
list.add(String.valueOf(i++).intern());
            System.out.println(list.size());
        }

    }
}

/**
 * String.intern()返回引用测试
 */publicclassStringIntern {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
        String str1 =new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
        System.out.println(str1.intern()==str1);

        String str2=new StringBuilder("ja").append("va").toString();
        System.out.println(str2.intern()==str2);
    }
}

2.2.4 本机直接内存溢出

本章小结