JVM详解1.Java内存模型

时间 2019-11-21

标签 jvm 详解 1.java java 内存模型栏目 Java 繁體版

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1.1 基础知识

1.1.1 一些基本概念

JDK（Java Development Kit）：Java语言、Java虚拟机、Java API类库
JRE（Java Runtime Environment）：Java虚拟机、Java API类库
JIT（Just In Time）：Java虚拟机内置JIT编译器，将字节码编译成本机机器代码。
OpenJDK：OpenJDK是基于Oracle JDK基础上的JDK的开源版本，但因为历史缘由缺乏了部分（不过重要）的代码。Sun JDK > SCSL > JRL > OpenJDK
JCP组织（Java Community Process)：由Java开发者以及被受权者组成，负责维护和发展技术规范、参考实现（RI）、技术兼容包。html

1.1.2 编译JDK

参见《深刻理解Java虚拟机》1.6节
走进JVM之一本身编译openjdk源码java

1.2 Java内存模型

1.2.1 运行时数据区域

根据Java虚拟机规范（Java SE7）的规定，JVM的内存包括如下几个运运行时数据区域：程序员

程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，他能够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，各类虚拟机可能会经过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工做时就是经过改变这个计数器的值来选取下一条须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须要依赖这个计数器来完成。
程序计数器是线程私有的，每条线程都有一个独立的独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响。
若是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；若是正在执行的Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是惟一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError状况的区域。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的，他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：每一个方法在执行的同时都会建立一个栈帧（Stack Frame），用于包含局部变量表、操做数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成这个过程，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中的入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各类基本数据类型和对象引用（reference类型，他不等同于对象自己，多是一个指向对象起始地址的引用指针，也多是指向一个表明对象的句柄或其余与此相关的位置）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类型会占用2个局部变量空间，其他的数据类型只会占用1个局部变量空间。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成内存分配。当进入一个方法时，这个方法须要在帧中分配多大的内存空间是彻底肯定的，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态：若是线程请求的栈的深度大于虚拟机容许的深度，将抛出StackOverFlowError异常（栈溢出）；若是虚拟机栈能够动态扩展（如今大部分Java虚拟机均可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也容许固定长度的java虚拟机栈），若是扩展时没法申请到足够的内存空间，就会抛出OutOfMemoryError异常（没有足够的内存）。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的做用是很是类似的，他们之间的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，而本地方法栈则为虚拟机使用到的本地Native方法服务。
在虚拟机规范中对本地方法栈中的使用方法、语言、数据结构并无强制规定，所以具体的虚拟机能够自由实现它。甚至有的虚拟机（例如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
本地方法栈也会抛出StackOverFlowError和OutOfmMemoryError异常。

Java堆

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机管理内存中的最大一块。
Java堆是全部线程共享的一块内存管理区域。
此内存区域惟一目的就是存放对象的实例，几乎全部对象实例都在堆中分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：全部对象实例以及数组都要在堆上分配，可是随着JIT编译器的发展与逃逸技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会致使一些微妙的变化发生，全部的对象都分配在堆上也不是变的那么“绝对”了。
Java堆是垃圾回收器管理的主要区域，所以不少时候也被称为GC堆（Garbage Collected Heap）。
从内存回收的角度来看，因为如今收集器基本都采用分代收集算法，因此Java堆中还能够细分为：新生代和年老代。再在细致一点的划分能够分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
从内存分配的角度来看，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。
不过不管如何划分，都与存放内容无关，不管哪一个区域存放的都是对象实例。进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。
Java堆能够处在物理上不连续的内存空间，只要逻辑上是连续的便可。在实现上既能够实现成固定大小，也能够是可扩展的大小，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（经过-Xmx和-Xms控制）。
若是在堆中没有内存实例完成分配，而且堆也没法在扩展时将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区是各个线程共享的内存区域
方法区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。
虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一部分，可是他还有个别名叫作Non-heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区没法知足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。
Java虚拟机规范对方法区的限制很是宽松，除了和Java堆同样不须要连续的内存和能够选择固定大小或者可扩展外，还能够选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集在这个区域是比较少出现的，但并不是数据进入了方法区就如永久代的名字同样永久存在了。这区域的内存回收目标重要是针对常量池的回收和类型的卸载，通常来讲这个内存区域的回收‘成绩’比较难以使人满意。尤为是类型的卸载条件很是苛刻，可是这部分的回收确实是必要的。在Sun公司的bug列表中，曾出现过的若干个严重的bug就是因为低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完成回收致使的内存溢出。

注意：方法区与永久代

对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来讲，不少人都更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上二者并不等价。
仅仅是由于HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆同样管理这部份内存，可以省去专门为方法区编写内存管理代码的工做。
对于其余虚拟机（如 BEA JRockit、IBM J9 等）来讲是不存在永久代的概念的。
对于HotSpot虚拟机，根据官方发布的路线图信息，如今也有放弃永久代并逐步改成采用Native Memory来实现方法区的规划了，在目前已经发布的JDK1.7的HotSpot中，已经把本来放在永久代的字符串常量池移出。

运行时常量池

（见1.2.2）算法

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。可是这部份内存也被频繁地使用，并且也可能致使 OutOfMemoryError 异常出现。
在 JDK 1.4 中新加入了 NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O 方式，它可使用Native函数库直接分配堆外内存，而后经过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象做为这块内存的引用进行操做。这样能在一些场景中显著提升性能，由于避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
显然，本机直接内存的分配不会受到 Java 堆大小的限制。可是，既然是内存，确定仍是会受到本机总内存（包括 RAM 以及 SWAP 区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置 -Xms 等参数信息，但常常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操做系统级的限制），从而致使动态扩展时出现 OutOfMemoryError 异常。

1.2.2 常量池

Class常量池

Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各类字面量和符号引用。
字面量（Literal）：文本字符串（如String str = "SpiderLucas"中SpiderLucas就是字面量）、八种基本类型的值（如int i = 0中0就是字面量）、被声明为final的常量等;
符号引用（Symbolic References）：类和方法的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。
每一个class文件都有一个class常量池。

字符串常量池

参考资料来源：Java中的常量池、完全弄懂字符串常量池等相关问题、Java中String字符串常量池
字符串常量池中的字符串只存在一份。
字符串常量池（String Constant Pool）是存储Java String的一块内存区域，在JDK 6以前是放置于方法区的，在JDK 7以后放置于堆中。
在HotSpot中实现的字符串常量池功能的是一个StringTable类，它是一个Hash表，默认值大小长度是1009；这个StringTable在每一个HotSpot VM的实例只有一份，被全部的类共享。字符串常量由一个一个字符组成，放在了StringTable上。
StringTable的长度：在JDK 6中，StringTable的长度是固定的，所以若是放入String Pool中的String很是多，就会形成hash冲突，致使链表过长，当调用String#intern()时会须要到链表上一个一个找，从而致使性能大幅度降低；在JDK 7中，StringTable的长度能够经过参数指定：-XX:StringTableSize=1024。
字符串常量池中存放的内容：在JDK 6及以前版本中，String Pool里放的都是字符串常量；JDK 7中，因为String#intern()发生了改变，所以String Pool中也能够存放放于堆内的字符串对象的引用。

intern() 函数

在JDK 6中，intern()的处理是先判断字符串常量是否在字符串常量池中，若是存在直接返回该常量；若是没有找到，则将该字符串常量加入到字符串常量区，也就是在字符串常量区创建该常量。
在JDK 7中，intern()的处理是先判断字符串常量是否在字符串常量池中，若是存在直接返回该常量，若是没有找到，说明该字符串常量在堆中，则处理是把堆区该对象的引用加入到字符串常量池中，之后别人拿到的是该字符串常量的引用，实际存在堆中。

字符串常量池案例

String s1 = new String("Spider"); // s1 -> 堆
        // 该行代码建立了几个对象
        // 两个对象（不考虑对象内部的对象）：首先建立了一个字符串常量池的对象，而后建立了堆里的对象
        s1.intern(); // 字符串常量池中存在"Spider"，直接返回该常量
        String s2 = "Spider"; // s2 -> 字符串字符串常量池
        System.out.println(s1 == s2); // false

        String s3 = new String("Str") + new String("ing"); // s3 -> 堆
        // 该行代码建立了几个对象？
        // 反编译后的代码：String s3 = (new StringBuilder()).append(new String("Str")).append(new String("ing")).toString();
        // 六个对象（不考虑对象内部的对象）：两个字符串常量池的对象"Str"和"ing"，两个堆的对象"Str"和"ing"，一个StringBuilder，一个toString方法建立的new String对象
        s3.intern(); // 字符串常量池中没有，在JDK 7中之后会把堆中该对象的引用放在字符串常量池中（JDK 6中建立一个jdk1.6中会在字符串常量池中创建该常量）
        String s4 = "String"; // s4 -> 堆（JDK 6：s4 -> 字符串字符串常量池）
        System.out.println(s3 == s4); // true（JDK6 false）

        String s5 = "AAA";
        String s6 = "BBB";
        String s7 = "AAABBB"; // s7 -> 字符串常量池
        String s8 = s5 + s6; // s8 -> 堆（缘由就是如上字符串+的重载）
        String s9 = "AAA" + "BBB"; // JVM会对此代码进行优化，直接建立字符串常量池
        System.out.println(s7 == s8); // false
        System.out.println(s7 == s9); // true（都指向字符串常量池）

方法区与运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
Class常量池的内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
Java虚拟机对Class文件每一部分（天然也包括常量池）的格式都有严格规定，每个字节用于存储哪一种数据都必须符合规范的要求才会被虚拟机承认、装载和执行，但对于运行时常量池，Java 虚拟机规范没有作任何细节的要求，不一样的提供商实现的虚拟机能够按照本身的须要来实现这个内存区域。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具有动态性，Java 语言并不要求常量必定只有编译期才能产生，也就是并不是预置如Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的即是 String类的intern()方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，天然受到方法区内存的限制，当常量池没法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

1.3 HotSpot中的对象

1.3.1 对象的建立

new一个对象的所有流程

从常量池中查找该类的符号引用，而且检查该符号引用表明的类是否被加载、解析、初始化。若是类已经被加载，则跳转至3；不然跳转至2。
执行类的加载过程。
为新对象分配内存空间：因为对象所须要内存大小在类加载完成时能够肯定，因此能够直接从Java堆中划分一块肯定大小的内存。
把分配的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），若是使用TLAB则该操做能够提早至TLAB中，这是为了保证对象的字段都被初始为默认值。
执行init方法，按照程序员的意愿进行初始化。

对象分配内存空间详解

指针碰撞：若是堆内存是规整，已经分配和为分配的内存有一个指针做为分界点，那么只须要将指针向空闲内存移动便可。
空闲列表：若是内存是不规整的，虚拟机须要维护一个列表，记录那些内存块是可用的。在分配的时候从足够大的空间划分给对象，并更新该列表。
Java堆是否规整取决于GC是否会压缩整理，Serial、ParNew等带Compact过程的收集器，分配算法是指针碰撞；是用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，分配算法是空闲列表。

分配内存的并发问题

不管是指针碰撞仍是空闲列表，都有可能由于并发而产生问题，解决方法有两种：数组

对分配内存空间的动做进行同步处理——实际上JVM采用CAS（Compare And Swap）配上失败重试的方式保证更新操做的原子性。
把内存分配的动做按照线程划分在不一样的空间，每一个线程在Java堆中预先分配一小块内存，成为本地缓冲内存（Tread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪一个线程须要分配内存，就在哪一个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完了，才须要同步锁定。能够经过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

CAS原理
一个CAS方法包含三个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量，E表示预期的值，N表示新值。只有当V的值等于E时，才会将V的值修改成N。若是V的值不等于E，说明已经被其余线程修改了，当前线程能够放弃此操做，也能够再次尝试次操做直至修改为功。基于这样的算法，CAS操做即便没有锁，也能够发现其余线程对当前线程的干扰（临界区值的修改），并进行恰当的处理。

1.3.2 对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的存储布局能够分为3部分：对象头（Object Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。服务器

对象头第一部分

对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（暂不考虑开启压缩指针的场景）中分别为32个和64个Bits，官方称它为“Mark Word”。
对象须要存储的运行时数据不少，其实已经超出了3二、64位所能记录的限度，可是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽可能多的信息，原理是它会根据对象的状态复用本身的存储空间。
例如在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希码（HashCode），4Bits用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bit固定为0，在其余状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容以下表所示。

对象头第二部分

对象头的第二部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机经过这个指针来肯定这个对象是哪一个类的实例。
并非全部的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息不必定要通过对象自己。
若是对象是一个数组：对象头中还须要一块用于记录数组长度的数据。

实例数据

接下来实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也既是咱们在程序代码里面所定义的各类类型的字段内容。不管是从父类继承下来的，仍是在子类中定义的都须要记录下来。
这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（FieldsAllocationStyle）和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers），从分配策略中能够看出，相同宽度的字段老是被分配到一块儿。在知足这个前提条件的状况下，在父类中定义的变量会出如今子类以前。
若是 CompactFields参数值为true（默认为true），那子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中。

对齐填充

第三部分对齐填充并非必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的做用。因为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，换句话说就是对象的大小必须是8字节的整数倍。对象头正好是8字节的倍数（1倍或者2倍），所以当对象实例数据部分没有对齐的话，就须要经过对齐填充来补全。数据结构

1.3.3 对象的访问定位

创建对象是为了使用对象，咱们的Java程序须要经过栈上的reference数据来操做堆上的具体对象。因为reference类型在Java虚拟机规范里面只规定了是一个指向对象的引用，并无定义这个引用应该经过什么种方式去定位、访问到堆中的对象的具体位置，对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。多线程

对象的两种访问定位方式

主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。并发

句柄访问：Java堆中将会划分出一块内存来做为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据的具体各自的地址信息，以下图所示。
直接指针：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，reference中存储的直接就是对象地址，以下图所示。

两种方式比较

句柄访问的优点：reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是很是广泛的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference自己不须要被修改。
直接指针的优点：最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，因为对象访问的在Java中很是频繁，所以这类开销积小成多也是一项很是可观的执行成本。
HotSpot虚拟机：它是使用第二种方式进行对象访问。
但在整个软件开发的范围来看，各类语言、框架中使用句柄来访问的状况也十分常见。

1.4 OOM异常分类

1.4.1 堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断建立对象，而且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免GC，那么在对象数量到达最大堆容量限制以后便会产生堆溢出。app

/**
 * VM args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * 1.将堆的最小值-Xms与最大值-Xmx参数设置为同样能够避免堆自动扩展
 * 2.经过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可让虚拟机出现内存异常时Dump当前堆内存堆转储快照
 * 3.快照位置默认为user.dir
 */
public class HeapOOM {
    static class OOMObject {}
    public static void main(String[] args) {
        // 保留引用，防止GC
        List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
        for (;;) {
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}
// 运行结果
// java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
// Dumping heap to java_pid72861.hprof ...
// Heap dump file created [27888072 bytes in 0.086 secs]

堆转储快照

如下是JProfiler对转储快照的分析

内存泄漏与内存溢出

重点：确认内存中的对象是不是必要的，也就是分清楚究竟是出现了内存泄漏（Memory Leak）仍是内存溢出（Memory Overflow）
内存泄漏：是指程序在申请内存后，没法释放已申请的内存空间，一次内存泄漏彷佛不会有大的影响，但内存泄漏堆积后的后果就是内存溢出。
内存溢出：是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用。内存泄漏的堆积最终会致使内存溢出。

内存泄漏的分类（按发生方式来分类）

常发性内存泄漏：发生内存泄漏的代码会被屡次执行到，每次被执行的时候都会致使一块内存泄漏。
偶发性内存泄漏：发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操做过程下才会发生。常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境，偶发性的也许就变成了常发性的。因此测试环境和测试方法对检测内存泄漏相当重要。
一次性内存泄漏：发生内存泄漏的代码只会被执行一次，或者因为算法上的缺陷，致使总会有一块仅且一块内存发生泄漏。好比，在类的构造函数中分配内存，在析构函数中却没有释放该内存，因此内存泄漏只会发生一次。
隐式内存泄漏：程序在运行过程当中不停的分配内存，可是直到结束的时候才释放内存。严格的说这里并无发生内存泄漏，由于最终程序释放了全部申请的内存。可是对于一个服务器程序，须要运行几天，几周甚至几个月，不及时释放内存也可能致使最终耗尽系统的全部内存。

处理方式

若是是内存泄漏：须要找到泄漏对象的类型信息，和对象与GC Roots的引用链的信息，分析GC没法自动回收它们的缘由。
若是不存在内存泄漏，即内存中的对象的确必须存活：那就应当检查JVM的参数可否调大；从代码上检查是否某些对象生命周期过长、持有状态时间过长，尝试减小程序运行期的内存消耗。

1.4.2 栈溢出

在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，对于HotSpot来讲，虽然-Xoss参数（设置本地方法栈大小）存在，但其实是无效的。栈容量只由-Xss参数设定。关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：

若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。
若是虚拟机在扩展栈时没法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

这里把异常分红两种状况，看似更加严谨，但却存在着一些互相重叠的地方：当栈空间没法继续分配时，究竟是内存过小，仍是已使用的栈空间太大，其本质上只是对同一件事情的两种描述而已。

StackOverflowError

/**
 * VM args: -Xss256k
 * 1. 设置-Xss参数减少栈内存
 * 2. 死递归增大此方法栈中本地变量表的长度
 */
public class SOF {
    int stackLength = 1;

    void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SOF sof = new SOF();
        try {
            sof.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("Stack Length:" + sof.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}
// Stack Length:2006
// Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
//      at s1.SOF.stackLeak(SOF.java:13)
//      at s1.SOF.stackLeak(SOF.java:13)

多线程致使栈OOM异常

/**
 * VM Args: -Xss20M
 * 经过不断建立线程的方式产生OOM
 */
public class StackOOM {
    private void dontStop() {
        for (;;) {

        }
    }

    private void stackLeakByThread() {
        for (;;) {
            Thread thread = new Thread(this::dontStop);
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new StackOOM().stackLeakByThread();
    }
}

经过不断建立线程的方式产生OOM异常，可是这样产生的内存溢出异常与栈空间是否足够大并不存在任何联系。或者准确地说，在这种状况下，为每一个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。
缘由：操做系统分配给每一个进程的内存是有限制的，假设操做系统的内存为2GB，剩余的内存为2GB（操做系统限制）减去Xmx（最大堆容量），再减去MaxPermSize（最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，能够忽略掉。若是虚拟机进程自己耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。因此每一个线程分配到的栈容量越大，能够创建的线程数量天然就越少，创建线程时就越容易把剩下的内存耗尽。
解决方法：若是是创建过多线程致使的内存溢出，在不能减小线程数或者更换64位虚拟机的状况下，就只能经过“减小内存”的手段来解决内存溢出——减小最大堆和减小栈容量来换取更多的线程。

1.4.3 方法区和运行时常量池溢出

因为运行时常量池是方法区的一部分，所以这两个区域的溢出测试就放在一块儿进行。方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等，因此对于动态生成类的状况比较容易出现永久代的内存溢出。对于这些区域的测试，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。

/**
 * (JDK 8)VM Args: -XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10m
 * (JDK 7以前)VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10m
 */
public class MethodAreaOOM {
    static class OOMClass {}

    public static void main(final String[] args) {
        for (;;) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMClass.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                    return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }
}
//    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
//        at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237)
//        at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
//        at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
//        at com.ankeetc.commons.Main.main(Main.java:28)

方法区溢出场景

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类要被垃圾收集器回收掉，断定条件是比较苛刻的。在常常动态生成大量Class的应用中，须要特别注意类的回收情况。这类场景主要有：

使用了CGLib字节码加强，当前的不少主流框架，如Spring、Hibernate，在对类进行加强时，都会使用到CGLib这类字节码技术，加强的类越多，就须要越大的方法区来保证动态生成的Class能够加载入内存。
大量JSP或动态产生JSP文件的应用（JSP第一次运行时须要编译为Java类）
基于OSGi的应用（即便是同一个类文件，被不一样的加载器加载也会视为不一样的类）等
JVM上的动态语言（例如Groovy等）一般都会持续建立类来实现语言的动态性

1.4.4 本机直接内存溢出

下面代码越过了DirectByteBuffer类，直接经过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsafe()方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是设计者但愿只有rt.jar中的类才能使用Unsafe的功能）。由于，虽然使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出内存溢出异常，但它抛出异常时并无真正向操做系统申请分配内存，而是经过计算得知内存没法分配，因而手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory()。

/**
 * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * DirectMemory容量可经过-XX：MaxDirectMemorySize指定
 * 若是不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）同样。
 */
public class Main {

    private static final long _1024MB = 1024 * 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1024MB);
        }
    }
}
//    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
//        at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
//        at com.ankeetc.commons.Main.main(Main.java:25)

DirectMemory特征

由DirectMemory致使的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常。
若是发现OOM以后Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了NIO，那就能够考虑检查一下是否是这方面的缘由。

1.5 不一样版本的JDK

参考资料

关于永久代和方法区

在 HotSpot VM 中 “PermGen Space” 其实指的就是方法区
“PermGen Space” 和方法区有本质的区别。前者是 JVM 规范的一种实现（HotSpot），后者是 JVM 的规范。
只有 HotSpot 才有 “PermGen Space”，而对于其余类型的虚拟机，如 JRockit、J9并无 “PermGen Space”。

不一样版本JDK总结

JDK 7以后将字符串常量池由永久代转移到堆中
JDK 8中， HotSpot 已经没有 “PermGen space”这个区间了，取而代之是一个叫作 Metaspace（元空间）的东西。
元空间的本质和永久代相似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。所以，默认状况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
-XX:MetaspaceSize：初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载。同时GC会对该值进行调整——若是释放了大量的空间，就适当下降该值；若是释放了不多的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提升该值。
-XX:MaxMetaspaceSize：最大空间，默认是没有限制的。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio：在GC以后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减小为分配空间所致使的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio：在GC以后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减小为释放空间所致使的垃圾收集
PermSize、MaxPermSize参数已移除