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Java内存区域

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 Jent
发布于 2015/06/16 22:54
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1.简述

C++中需要自己管理内存,对于内存申请和释放都需要开发人员自己管理。在C++中将内存分为五块区域,分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

栈:在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限

堆:就是那些由new分配的内存块,他们的释放编译器不去管,由我们的应用程序去控制,一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉,那么在程序结束后,操作系统会自动回收。

自由存储区:就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free来结束自己的生命的。

全局/静态存储区:全局变量和静态变量被分配到同一块内存中,在以前的C语言中,全局变量又分为初始化的和未初始化的,在C++里面没有这个区分了,他们共同占用同一块内存区。

常量存储区:这是一块比较特殊的存储区,他们里面存放的是常量,不允许修改。

 

2.Java运行时数据区

C++相比,Java也将运行时内存分为五大块,分别是:堆、虚拟机栈(栈)、本地方法栈、方法区、程序计数器。如下图

 

 

1)方法区(Method Area

方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

实例,让方法区的内存溢出,可以使用Java 的intern方法去填充常量池,让其爆掉。调整虚拟机参数:-XX:PermSize=5m -XX:MaxPermSize=5m:

public static void main(String[] args) throws Throwable {
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		long i = 0;
		while(true){
			i ++;
			try{
				list.add(String.valueOf(i).intern());
			}catch(Throwable e){
				System.out.println(i);
				throw e;
			}
		}
	}

注:此处是使用jdk6。


2)堆(Heap

Java堆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,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。如果从内存回收的角度看,由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如果从内存分配的角度看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

实例:让堆爆掉,很简单,只需要不停的创建对象即可。调整虚拟机参数:-Xms10m -Xmx10m。

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


3)虚拟机栈(Stack

Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)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:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。经常有人把Java内存区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),这种分法比较粗糙,Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”在后面会专门讲述,而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型),它不等同于对象本身,根据不同的虚拟机实现,它可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能指向一个代表对象的句柄或者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)。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改

变局部变量表的大小。 在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况: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;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的

虚拟机栈),当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

实例,由于栈是线程私有的,只需要提高不停的创建线程,而每个线程默认分配的栈内存拉大,即可爆掉。调整虚拟机参数:-Xss10m -Xms100m -Xmx100m

/**
 * -Xss10m -Xms100m -Xmx100m
 * @author hadoop
 *
 */
public class StackOOM {
	
	public  int count = 0;
	
	public  void runAllTime() throws InterruptedException{
		while(true){
			Thread.sleep(10000);
		}
	}
	
	public void createThread(){
		while(true){
			Thread thread = new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					synchronized(this){
						count ++;
					}
					try {
						runAllTime();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
			
			thread.start();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Throwable {
		StackOOM oom = new StackOOM();
		try{
			oom.createThread();
		}catch(Throwable e){
			System.out.println(oom.count);
			throw e;
		}
	}
}


4)本地方法栈(Native Method Stack

本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的也为线程私有的其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowErrorOutOfMemoryError异常。

5)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,它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型,各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现),字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的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、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间的计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 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;如果正在执行的是Natvie方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。


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