谈谈JVM内存区域的划分,哪些区域可能发生OutOfMemoryError?

今天,我将从内存管理的角度,进一步探索Java虚拟机(JVM)。垃圾收集机制为我们打理了很多繁琐的工作,大大提高了开发的效率,但是,垃圾收集也不是万能的,懂得JVM内部的内存结构、工作机制,是设计高扩展性应用和诊断运行时问题的基础,也是Java工程师进阶的必备能力

今天我要问你的问题是,谈谈JVM内存区域的划分,哪些区域可能发生OutOfMemoryError?

典型回答

  • 通常可以把JVM内存区域分为下面几个方面,其中,有的区域是以线程为单位,而有的区域则是整个JVM进程唯一的
  • 首先,程序计数器(PC,Program Counter Register)。在JVM规范中,每个线程都有它自己的程序计数器,并且任何时间一个线程都只有一个方法在执行,也就是所谓的当前方 法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址;或者,如果是在执行本地方法,则是未指定值(undefned)
  • 第二,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack),早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈,其内部保存一个个的栈帧(Stack Frame),对应着一次次 的Java方法调用
  • 前面谈程序计数器时,提到了当前方法;同理,在一个时间点,对应的只会有一个活动的栈帧,通常叫作当前帧,方法所在的类叫作当前类。如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,成为新的当前帧,一直到它返回结果或者执行结束。JVM直接对Java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈
  • 栈帧中存储着局部变量表、操作数(operand)栈、动态链接、方法正常退出或者异常退出的定义等
  • 第三,堆(Heap),它是Java内存管理的核心区域,用来放置Java对象实例,几乎所有创建的Java对象实例都是被直接分配在堆上。堆被所有的线程共享,在虚拟机启动时,我们指定的“Xmx”之类参数就是用来指定最大堆空间等指标。理所当然,堆也是垃圾收集器重点照顾的区域,所以堆内空间还会被不同的垃圾收集器进行进一步的细分,最有名的就是新生代、老年代的划分
  • 第四,方法区(Method Area)。这也是所有线程共享的一块内存区域,用于存储所谓的元(Meta)数据,例如类结构信息,以及对应的运行时常量池、字段、方法代码等。由于早期的Hotspot JVM实现,很多人习惯于将方法区称为永久代(Permanent Generation)。Oracle JDK 8中将永久代移除,同时增加了元数据区(Metaspace)
  • 第五,运行时常量池(Run-Time Constant Pool),这是方法区的一部分。如果仔细分析过反编译的类文件结构,你能看到版本号、字段、方法、超类、接口等各种信息,还有一项信息就是常量池。Java的常量池可以存放各种常量信息,不管是编译期生成的各种字面量,还是需要在运行时决定的符号引用,所以它比一般语言的符号表存储的信息更加宽泛
  • 第六,本地方法栈(Native Method Stack)。它和Java虚拟机栈是非常相似的,支持对本地方法的调用,也是每个线程都会创建一个。在Oracle Hotspot JVM中,本地方法栈和Java虚拟机栈是在同一块儿区域,这完全取决于技术实现的决定,并未在规范中强制

考点分析

  • 这是个JVM领域的基础题目,我给出的答案依据的是JVM规范中运行时数据区定义,这也和大多数书籍和资料解读的角度类似
  • JVM内部的概念庞杂,对于初学者比较晦涩,我的建议是在工作之余,还是要去阅读经典书籍,比如我推荐过多次的《深入理解Java虚拟机》
  • 今天这一讲作为Java虚拟机内存管理的开篇,我会侧重于:
  • 分析广义上的JVM内存结构或者说Java进程内存结构
  • 谈到Java内存模型,不可避免的要涉及OutOfMemory(OOM)问题,那么在Java里面存在哪些种OOM的可能性,分别对应哪个内存区域的异常状况呢?
  • 注意,具体JVM的内存结构,其实取决于其实现,不同厂商的JVM,或者同一厂商发布的不同版本,都有可能存在一定差异。我在下面的分析中,还会介绍Oracle Hotspot JVM的部分设计变化