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JVM运行时的数据区 (内存溢出实例)

 
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一、概述

运行时数据区是jvm运行时的内存布局,类装载到内存后存放的位置,为执行引擎提供所需指令和数据。运行时数据区包括:堆、栈、方法区、本地方法栈、pc计数器。

接下来会详细介绍各个部分,并介绍直接内存访问和方法区中的常量池,另外对于每个区域可能发生的内存异常用demo做讲解。

二、详细介绍各部分

1、堆

分配运行时产生的对象分配在堆中,但是并不是一定就分配在堆中,随着运行时编译器优化技术的不断进步,逃逸分析和标量替换技术的不断成熟,对象也可以分配到栈中。由于jvm内存是由虚拟机自己分配和回收,不需要开发人员手工干预,所以jvm一般会提供gc功能,但是jvm spec并没有明确要求必须提供。

整个系统只有一个堆,所有的对象分配都在一个逻辑区域。堆是一个多线程共享的区域,所以对堆中对象的访问就需要考虑并发。(jvm有什么措施)。

在jvm的实现中,一般堆都会划分成不同的区域,比如hotspot vm的堆划分为年轻代Eden、中生代Survivor和年老代Tenured区域,根据对象存活的年龄放到不同的区域,区域的大小可以通过参数设置。这些讲到gc的时候会详细讲解。

如果要存放的对象超过了堆的最大大小,则会抛出OutOfMemoryError,简称OOM异常。

2、栈

栈主要是运行时存放在方法调用信息(编译器已确定占用空间的东西怎么体现)的区域,栈是线程私有的,每个线程都有一个栈,线程生而栈生,线程死而栈灭。

栈中内存不需要额外收集,每次方法调用完成后都会自动回收。hospot vm中可以通过-Xss设置栈大小,默认是2m。

每次方法调用,都会产生一个栈帧,方法调用结束都会弹出栈帧。栈帧主要包括局部变量表、操作数栈、帧数据区。帧数据区又包括运行时解析常量池会用到的常量池指针、方法返回信息、指向异常的信息(还有什么)

所有栈占用的内存大小怎么计算?虚拟机整个的内存-堆内存-方法区内存-pc计数器-本地方法栈?

如果栈可以动态的在堆中分配,则如果分配不了更多的栈内存的时候会抛出OOM异常,否则会抛出StackOverflowError

3、方法区

方法区存class文件加载到内存后的类型信息,如类型描述符、全限定名、接口、字段、方法、属性信息,还有运行时常量池、指向堆中Class实例和ClassLoader实例的信息。另外还存放jit编译产生的本地代码。

方法区在逻辑上是堆的一部分,但是不同的虚拟机有不同的叫法,hotspot叫做non-heap内存,IBM J9和Jrockit则没有这种叫法。hotspot后续版本也会去掉这种叫法,放到native memory的区域

方法区的类型信息也可以卸载,及gc,但是比较严格,像java动态代理生成的代理类经常会被卸载。类型信息要被卸载必须满足这些条件:a、类型所有实例都被回收了 b、Class对象被回收了 c、加载该类的ClassLoader已经被回收 d、还有什么

该区域也会内存溢出,溢出时候抛出OOM异常,如果jar包太多而方法区内存太小或者运行时动态向常量池添加太多东西,就会抛出OOM

4、本地方法栈

执行本地代码的时候用到的栈,hotspot的本地方法栈和栈是同一块区域。

5、pc计数器

指向当前线程将要指向的下一条指令,线程私有的区域,一个线程有一个pc计数器。该区域不会抛出异常。一个字长

6、Direct Memory

java1.4开始提供了NIO,大量读取数据的时候,不用先把数据拷入jvm内存中,直接从os内存读取。所以该区域不占用jvm的堆内存,通过参数-XX:MaxDirectMemorySize设置该区域大小,如果不设置默认跟堆大小一样大。

该区域会抛出OOM异常,何时?

7、常量池

类文件的常量池装载进内存后同样会形成常量池,这是运行时常量池。与类文件常量池不同的是,运行时常量池在使用的时候需要解析,需要把一些entry的符号引用转化成直接引用。

如3提到,此区域在内存不够用时会抛出OOM。

三、例子

1、堆

先创建一个包含大对象的类

Java代码  收藏代码
  1. package com.yymt.jvm;  
  2. public class BigObejct {  
  3.     int[] value;  
  4.     private static final int M1 = 1024 * 1024;  
  5.   
  6.     public BigObejct() {  
  7.         //4 * 1m = 4m  
  8.         this.value = new int[M1];  
  9.     }  
  10. }  

   循环创建类,注释中-Xmx10m是启动时虚拟机参数,最大堆内存是10m

Java代码  收藏代码
  1. package com.yymt.jvm.oom;  
  2.   
  3. import com.yymt.jvm.BigObejct;  
  4.   
  5. public class HeapOOM {  
  6.   
  7.     /** 
  8.      * -Xmx10m 
  9.      * @param args 
  10.      */  
  11.     public static void main(String[] args) {  
  12.         BigObejct[] objs = new BigObejct[20];  
  13.         for(int i = 0;i < 20;i++){  
  14.             objs[i] = new BigObejct();  
  15.         }  
  16.     }  
  17.   
  18. }  

堆溢出,注意此处OutOfMemoryError: Java heap space表明是堆空间溢出

Java代码  收藏代码
  1. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space  
  2.     at com.yymt.jvm.BigObejct.<init>(BigObejct.java:8)  
  3.     at com.yymt.jvm.oom.HeapOOM.main(HeapOOM.java:15)   

  2、栈溢出错误StackOverflowError

Java代码  收藏代码
  1. package com.yymt.jvm.oom;  
  2.   
  3. public class StackOverflow {  
  4.   
  5.     /** 
  6.      * -Xss500k 如果加上此参数则不会出现StackOverflowError 
  7.      * @param args 
  8.      */  
  9.     public static void main(String[] args) {  
  10.         recursiveInvoke(500011);  
  11.     }  
  12.     public static void recursiveInvoke(int cnt,int param1,int param2){  
  13.         if(cnt == 0){  
  14.             return;  
  15.         }  
  16.         int newCnt = cnt - 1;  
  17.         int param3 = param1 + param2;  
  18.         int param4 = param1 - param2;  
  19.         recursiveInvoke(newCnt, param4, param3);  
  20.     }  
  21.   
  22. }  

 不加-Xss参数时候就直接异常了,至少在我的机子上如此;-Xss100k也可以出异常,-Xss500k就正常运行

Java代码  收藏代码
  1. Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError  
  2.     at com.yymt.jvm.oom.StackOverflow.recursiveInvoke(StackOverflow.java:13)  
  3.     at com.yymt.jvm.oom.StackOverflow.recursiveInvoke(StackOverflow.java:19)  
  4. ......  

 3、方法区

3.1、如果系统非常庞大,比如说一个很大的产品,如ERP系统、CRM系统,里边有非常多的jar包,运行期这些jar都要加载到内存中,而如果方法区设置的过小,就会导致OOM。在客户分阶段上线过程中,第一阶段只上部分模块,比如erp系统只上财务模块,第二期上供应链,第三期上hr、制造,如果前期MaxPermSize设置的过小,就会导致后期部署完相关模块运行过程中出现方法区溢出。此处因为系统代码庞大,代码无法上传。注意此处是PermGen space

Java代码  收藏代码
  1. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space  

 3.2、如果动态创建无数的类放到内存中同样会出现这个问题

Java代码  收藏代码
  1. package com.yymt.jvm.oom;  
  2.   
  3. import java.lang.reflect.Method;  
  4.   
  5. import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;  
  6. import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;  
  7. import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;  
  8.   
  9. public class PermGenOOM {  
  10.   
  11.     /** 
  12.      * -XX:MaxPermSize=10m 
  13.      * @param args 
  14.      * @throws InterruptedException 
  15.      */  
  16.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  17.         for (int i = 0; i < 5000000; i++) {  
  18.             Enhancer enhancer = new Enhancer();  
  19.             enhancer.setSuperclass(DynClz.class);  
  20.             enhancer.setUseCache(false);  
  21.             enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {  
  22.                 @Override  
  23.                 public Object intercept(Object arg0, Method arg1,  
  24.                         Object[] arg2, MethodProxy arg3) throws Throwable {  
  25.                     return arg3.invokeSuper(arg0, arg2);  
  26.                 }  
  27.             });  
  28.             enhancer.create();  
  29.             Thread.sleep(20);  
  30.         }  
  31.     }  
  32. }  

 

 异常:

 

Java代码  收藏代码
  1. Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space  

 4、Direct Memory

Java代码  收藏代码
  1. package com.yymt.jvm.oom;  
  2. import java.lang.reflect.Field;  
  3.   
  4. import sun.misc.Unsafe;  
  5.   
  6. public class DirectMemoryOOM {  
  7.   
  8.     private static final int M1 = 1024 * 1024;  
  9.   
  10.     /** 
  11.      * @param args 
  12.      * @throws IllegalAccessException 
  13.      * @throws IllegalArgumentException 
  14.      * @throws InterruptedException  
  15.      */  
  16.     public static void main(String[] args) throws IllegalArgumentException,  
  17.             IllegalAccessException, InterruptedException {  
  18.   
  19.         Field unsafeFld = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];  
  20.         unsafeFld.setAccessible(true);  
  21.         Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeFld.get(null);  
  22.         for (int i = 0; i < 1000000; i++) {  
  23.             unsafe.allocateMemory(M1);  
  24.             Thread.sleep(2);  
  25.         }  
  26.         Thread.sleep(100000);  
  27.   
  28.     }  
  29.   
  30. }  

这部分内存的使用情况,目前visualvm工具中是检测不到的

Java代码  收藏代码
  1. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError  
  2.     at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)  
  3.     at com.yymt.jvm.oom.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:24)  
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