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java虚拟机学习笔记1-jvm的逻辑内存分配

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java虚拟机学习笔记1-jvm的逻辑内存分配

声明

博客内所有“java虚拟机学习笔记”系列的文章，均出自《深入理解java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践-周志明》

java虚拟机在执行java程序的过程中把他所管理的内存划分成不同的逻辑数据区域，这些区域各有用途，特点不同，以下是根据《java虚拟机规范（第3版）》中规定的jvm运行时数据区域

对于以上各个区域的详细说明，参见附件中的 Java虚拟机规范（Java_SE_7）.pdf

下面，进入实战OutOfMemoryError异常

1.java堆溢出

首先限制java堆的大小为20MB，不可扩展（将Xms，Xmx 的值设置为相同），通过

设置 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 可以使JVM在内存溢出时Dump出内存转储快照以便事后分析

package org.star_java.jvm.memory;

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

/**
 * VM Args -verbose:gc -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8
 */
public class HeapOOM
{
	static class OOMObject
	{
		public static void main(String[] args)
		{
			List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
			while (true)
			{
				list.add(new OOMObject());
			}
		}
	}
}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Dumping heap to java_pid1068.hprof ...

Heap dump file created [27834496 bytes in 0.186 secs]

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)

at java.util.ArrayList.grow(Unknown Source)

at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(Unknown Source)

at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)

at org.star_java.jvm.memory.HeapOOM$OOMObject.main(HeapOOM.java:18)

我们可以使用一些工具查看生成的内存转储快照，以下是使用 jvisualvm 查看的结果

可以清晰的看出我们自己定义的类OOMObject造成了此次溢出

2.虚拟机栈和本地方法栈溢出

在HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈，所以设置-Xoss（设置本地方法栈大小）是无效的，所以这里使用-Xss（栈容量）参数，关于本例，抛出2个异常：

1.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

2.如果虚拟机在扩展栈的深度时无法请求道足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError

package org.star_java.jvm.memory;

/**
 *  VM Args -Xss128k
 */
public class JavaVmStackSOF
{
	private int stackLength = 1;
	
	private void stackLeak()
	{
		stackLength++;
		stackLeak();
	}
	
	public static void main(String[] args)
	{
		JavaVmStackSOF oom = new JavaVmStackSOF();
		try
		{
			oom.stackLeak();
		}
		catch (Exception e)
		{
			System.out.println("stack length : " + oom.stackLength);
			throw e;
		}
	}
}

运行结果：

stack length : 2242

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

at org.star_java.jvm.memory.JavaVmStackSOF.stackLeak(JavaVmStackSOF.java:12)

at org.star_java.jvm.memory.JavaVmStackSOF.stackLeak(JavaVmStackSOF.java:13)

...................................................................................................................................

at org.star_java.jvm.memory.JavaVmStackSOF.main(JavaVmStackSOF.java:21)

3.方法区溢出

方法去用于存放Class的相关信息，本例的基本思路是在运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。

可以利用java的反射模拟本例，但是此处使用原作者的代码，使用开源项目CGLib直接操作字节码。

package org.star_java.jvm.memory;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

/**
 * VM Args -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class JavaMethodAreaOOM
{
	static class OOMObject{}
	
	public static void main(String[] args)
	{
		while (true)
		{
			Enhancer enhancer = new Enhancer();
			enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
			enhancer.setUseCache(false);
			enhancer.setCallback(new MethodInterceptor()
			{
				@Override
				public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable
				{
					return proxy.invokeSuper(obj, args);
				}
			});
			enhancer.create();
		}
	}
}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

Dumping heap to java_pid8464.hprof ...

Exception in thread "main" Heap dump file created [3855706 bytes in 0.308 secs]

Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

我们可以使用一些工具查看生成的内存转储快照，以下是使用 jvisualvm 查看的结果

可以看出，我们使用CGLib创建了很多的类，造成了溢出

注：本例并非是一个纯粹的实验环境，当前的很多主流框架，如spring，hibernate，都会使用到CGLib这类字节码技术，这就需要方法区保证足够大来装载这些动态生成的Class，如在使用了CGLib技术的地方，大量JSP或动态生成大量jsp文件，给予OSGI 的应用等清况，都需要注意方法区的溢出

4.本机直接内存溢出

DirectMemory的容量可以通过 -XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与java堆的大小一样（-Xmx）。此处，我们使用原作者的代码，使用Unsafe类直接申请本地内存

package org.star_java.jvm.memory;

import java.lang.reflect.Field;

import sun.misc.Unsafe;

/**
 * VM Args -Xms20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m 
 */
public class DirectMemoryOOM
{
	private static final int _1MB = 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(_1MB);
		}
	}
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError

at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)

at org.star_java.jvm.memory.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:21)

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以上是JVM对内存的解释，划分以及使用。主要代码演示了使JVM内存溢出的方法，

在自己的编程也要多加注意，多增加一些调试此类异常的经验