java内存管理详细介绍.doc_c和java的内存管理资源-CSDN文库

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 与 之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，

墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。



概述：

对于从事 、程序开发的开发人员来说，在内存管理领域，他们即是

拥有最高权力的皇帝又是执行最基础工作的劳动人民——拥有每一个对象的“所

有权”，又担负着每一个对象生命开始到终结的维护责任。



对于  程序员来说，不需要在为每一个  操作去写配对的 

，不容易出现内容泄漏和内存溢出错误，看起来由  管理内存一切都很

美好。不过，也正是因为  程序员把内存控制的权力交给了 ，一旦出现

泄漏和溢出，如果不了解  是怎样使用内存的，那排查错误将会是一件非常

困难的事情。



VM 运行时数据区域

 执行  程序的过程中，会使用到各种数据区域，这些区域有各自的

用途、创建和销毁时间。根据《 虚拟机规范（第二版）》（下文称 

）的规定， 包括下列几个运行时数据区域：



程序计数器（）：



每一个  线程都有一个程序计数器来用于保存程序执行到当前方法的哪

一个指令，对于非  方法，这个区域记录的是正在执行的  原语的

地址，如果正在执行的是  方法，这个区域则为空（!）。

此内存区域是唯一一个在  中没有规定任何 ""#$

情况的区域。



% 虚拟机栈（&'）

与程序计数器一样， 栈的生命周期也是与线程相同。 栈描述的是

 方法调用的内存模型：每个方法被执行的时候，都会同时创建一个帧

（(）用于存储本地变量表、操作栈、动态链接、方法出入口等信息。

每一个方法的调用至完成，就意味着一个帧在  栈中的入栈至出栈的过

程。在后文中，我们将着重讨论  栈中本地变量表部分。

经常有人把  内存简单的区分为堆内存（)）和栈内存

（'），实际中的区域远比这种观点复杂，这样划分只是说明与变量定

义密切相关的内存区域是这两块。其中所指的“堆”后面会专门描述，而所指

的“栈”就是  栈中各个帧的本地变量表部分。本地变量表存放了编译期可

知的各种标量类型

（*、*#、&、&、、+、、*）、对象

引用（不是对象本身，仅仅是一个引用指针）、方法返回地址等。其中

 和 * 会占用 % 个本地变量空间（,%*），其余占用  个。本地

变量表在进入方法时进行分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中

分配多大的本地变量是一件完全确定的事情，在方法运行期间不改变本地

变量表的大小。

在  中对这个区域规定了 % 中异常状况：如果线程请求的栈深度大

于虚拟机所允许的深度，将抛出 '"+$ 异常；如果  栈

可以动态扩展（ 中允许固定长度的  栈），当扩展时无法申请

到足够内存则抛出 ""#$ 异常。

,本地方法栈（ &'）

本地方法栈与  栈所发挥作用是类似的，只不过  栈为虚拟机运行 

原语服务，而本地方法栈是为虚拟机使用到的  方法服务。它的实现

的语言、方式与结构并没有强制规定，甚至有的虚拟机（譬如 

) 虚拟机）直接就把本地方法栈和  栈合二为一。和  栈一样，

这个区域也会抛出 '"+$ 和 ""#$ 异常。

- 堆（)）

对于绝大多数应用来说， 堆是虚拟机管理最大的一块内存。 堆是

被所有线程共享的，在虚拟机启动时创建。 堆的唯一目的就是存放对

象实例，绝大部分的对象实例都在这里分配。这一点在  中的描述

是：所有的实例以及数组都在堆上分配（原文：.&&&

&&#

#），但是在逃逸分析和标量替换优化技术出现后，

 的描述就显得并不那么准确了。

 堆内还有更细致的划分：新生代、老年代，再细致一点的：

、、，甚至更细粒度的本地线程分配缓冲

（./01）等，无论对  堆如何划分，目的都是为了更好的回收内存，

或者更快的分配内存，在本章中我们仅仅针对内存区域的作用进行讨论，

 堆中的上述各个区域的细节，可参见本文第二章《 内存管理：深

入垃圾收集器与内存分配策略》。

根据  的要求， 堆可以处于物理上不连续的内存空间，它逻

辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。实现时可以选择实现成固

定大小的，也可以是可扩展的，不过当前所有商业的虚拟机都是按照可扩

展来实现的（通过234 和23 控制）。如果在堆中无法分配内存，并且

堆也无法再扩展时，将会抛出 ""#$ 异常。

5方法区（&0）

叫“方法区”可能认识它的人还不太多，如果叫永久代（

6）它的粉丝也许就多了。它还有个别名叫做 2)（非

堆），但是  上则描述方法区为堆的一个逻辑部分（原文：&

&#&&），这个名字的问题还真容

易令人产生误解，我们在这里就不纠结了。

方法区中存放了每个  的结构信息，包括常量池、字段描述、方法描

述等等。 描述中对这个区域的限制非常宽松，除了和  堆一

样不需要连续的内存，也可以选择固定大小或者可扩展外，甚至可以选择

不实现垃圾收集。相对来说，垃圾收集行为在这个区域是相对比较少发生

的，但并不是某些描述那样永久代不会发生 6（至少对当前主流的商业

 实现来说是如此），这里的 6 主要是对常量池的回收和对类的卸载，

虽然回收的“成绩”一般也比较差强人意，尤其是类卸载，条件相当苛刻。

7运行时常量池（）

 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一

项信息是常量表89*:，用于存放编译期已可知的常量，

这部分内容将在类加载后进入方法区（永久代）存放。但是  语言并不

要求常量一定只有编译期预置入  的常量表的内容才能进入方法区常

量池，运行期间也可将新内容放入常量池（最典型的 8:方

法）。

运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池

无法在申请到内存时会抛出 ""#$ 异常。



;本机直接内存（<#）

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，它根本就是本机内存而不

是  直接管理的区域。但是这部分内存也会导致 ""#$ 异

常出现，因此我们放到这里一起描述。

在 <=- 中新加入了 >" 类，引入一种基于渠道与缓冲区的 >" 方式，它

可以通过本机  函数库直接分配本机内存，然后通过一个存储在

 堆里面的 <1#1? 对象作为这块内存的引用进行操作。这

样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在  对和本机堆中来回复

制数据。

显然本机直接内存的分配不会受到  堆大小的限制，但是即然是内存那

肯定还是要受到本机物理内存（包括 @0 区或者 @ 虚拟内存）

的限制的，一般服务器管理员配置  参数时，会根据实际内存设置234

等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内

存限制（包括物理的和操作系统级的限制），而导致动态扩展时出现

""#$ 异常。



实战 OutOfMemoryError

上述区域中，除了程序计数器，其他在  中都描述了产生

""#$（下称 ""）的情形，那我们就实战模拟一下，通过几

段简单的代码，令对应的区域产生 "" 异常以便加深认识，同时初步介绍一

些与内存相关的虚拟机参数。下文的代码都是基于 ) 虚拟机 7 版

的实现，对于不同公司的不同版本的虚拟机，参数与程序运行结果可能结果会

有所差别。



Java 堆



 堆存放的是对象实例，因此只要不断建立对象，并且保证 6

到对象之间有可达路径即可产生 "" 异常。测试中限制  堆大小为

%A，不可扩展，通过参数233B)<"""#$ 让虚

拟机在出现 "" 异常的时候 < 出内存映像以便分析。（关于 < 映

像文件分析方面的内容，可参见本文第三章《 内存管理：深入  内存异

常分析与调优》。）

清单 ： 堆 "" 测试

CC

C0：23%A234%A233B

)<"""#$

CD&EE

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