JVM（Java虛擬機(jī)）是一個(gè)抽象的計(jì)算模型。就如同一臺(tái)真實(shí)的機(jī)器，它有自己的指令集和執(zhí)行引擎，可以在運(yùn)行時(shí)操控內(nèi)存區(qū)域。目的是為構(gòu)建在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一個(gè)運(yùn)行環(huán)境。JVM可以解讀指令代碼并與底層進(jìn)行交互：包括操作系統(tǒng)平臺(tái)和執(zhí)行指令并管理資源的硬件體系結(jié)構(gòu)。

1. 前言

JVM提供的內(nèi)存管理機(jī)制和自動(dòng)垃圾回收極大的解放了用戶對(duì)于內(nèi)存的管理，大部分情況下不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出問(wèn)題。但是基本不會(huì)出現(xiàn)并不等于不會(huì)出現(xiàn)，所以掌握J(rèn)ava內(nèi)存模型原理和學(xué)會(huì)分析出現(xiàn)的內(nèi)存溢出或內(nèi)存泄漏，對(duì)于使用Java的用戶來(lái)說(shuō)仍然十分重要。

Java中內(nèi)存溢出常見于如下的幾種情形：

棧內(nèi)存溢出（StackOverflowError） 堆內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError：java heap space） 永久代溢出（OutOfMemoryError：PermGen sapce） ……

不同的內(nèi)存溢出錯(cuò)誤可能會(huì)發(fā)生在內(nèi)存模型的不同區(qū)域，因此，我們需要根據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的代碼具體分析來(lái)找出可能導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生的地方，并想辦法進(jìn)行解決。

2. 棧內(nèi)存溢出

棧內(nèi)存可以分為虛擬機(jī)棧（VM Stack）和本地方法棧（Native Method Stack），除了它們分別用于執(zhí)行Java方法（字節(jié)碼）和本地方法，其余部分原理是類似的（以虛擬機(jī)棧為例說(shuō)明）。Java虛擬機(jī)棧是線程私有的，當(dāng)線程中方法被調(diào)度時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)創(chuàng)建用于保存局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)連接和方法出口等信息的棧幀（Stack Frame）。

具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)線程執(zhí)行某個(gè)方法時(shí)，JVM會(huì)創(chuàng)建棧幀并壓棧，此時(shí)剛壓棧的棧幀就成為了當(dāng)前棧幀。如果該方法進(jìn)行遞歸調(diào)用時(shí)，JVM每次都會(huì)將保存了當(dāng)前方法數(shù)據(jù)的棧幀壓棧，每次棧幀中的數(shù)據(jù)都是對(duì)當(dāng)前方法數(shù)據(jù)的一份拷貝。如果遞歸的次數(shù)足夠多，多到棧中棧幀所使用的內(nèi)存超出了棧內(nèi)存的最大容量，此時(shí)JVM就會(huì)拋出StackOverflowError。

下面我們下一個(gè)不斷的遞歸調(diào)用自己的方法，然后執(zhí)行該程序：

public class StackOverflowErrorDemo { private static int stackLength = 0; public static void main(String[] args) { StackOverflowErrorDemo demo = new StackOverflowErrorDemo(); try { demo.pusStack(); } catch (Throwable e){ System.out.println('stack length is: ' + demo.stackLength); throw e; } } public void pusStack(){ stackLength++; pusStack(); }}

運(yùn)行程序很快就會(huì)拋出異常，異常信息如下所示。從輸出信息中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問(wèn)題的地方就是程序中遞歸調(diào)用方法自身的地方。

stack length is: 20315Exception in thread 'main' java.lang.StackOverflowErrorat OutOfMemoryErrorDemo.StackOverflowErrorDemo.pusStack(StackOverflowErrorDemo.java:16)at OutOfMemoryErrorDemo.StackOverflowErrorDemo.pusStack(StackOverflowErrorDemo.java:16)at OutOfMemoryErrorDemo.StackOverflowErrorDemo.pusStack(StackOverflowErrorDemo.java:16)......

總之，不論是因?yàn)闂筮€是棧內(nèi)存太小，當(dāng)新的棧幀內(nèi)存無(wú)法被分配時(shí)，JVM就會(huì)拋出StackOverFlowError。通常棧內(nèi)存可以通過(guò)設(shè)置-Xss參數(shù)來(lái)改變大小。

3. 堆內(nèi)存溢出

堆內(nèi)存的唯一作用就是存放數(shù)組和對(duì)象實(shí)例，即通過(guò)new指令創(chuàng)建的對(duì)象，包括數(shù)組和引用類型。堆內(nèi)存溢出又分為兩種情況：

堆內(nèi)存溢出：當(dāng)堆中對(duì)象實(shí)例所占的內(nèi)存空間超出了堆內(nèi)存的最大容量，JVM就會(huì)拋出OutOfMemoryError：java heap space異常 堆內(nèi)存泄露：當(dāng)堆中一些對(duì)象不再被引用但垃圾回收器無(wú)法識(shí)別時(shí)，這些未使用的對(duì)象就會(huì)在堆內(nèi)存空間中無(wú)限期存在，不斷的堆積就會(huì)造成內(nèi)存泄漏

如果是因?yàn)槎褍?nèi)存空間太小，可以通過(guò)改變-Xmx來(lái)進(jìn)行調(diào)整，或者分析程序中對(duì)象的生命周期和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行調(diào)整；如果發(fā)生了內(nèi)存泄漏，則可以先找出導(dǎo)致泄漏發(fā)生的對(duì)象是如何被GC ROOT引用起來(lái)的，然后通過(guò)分析引用鏈找到發(fā)生泄漏的地方。

例如，我們通過(guò)-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError來(lái)設(shè)置堆內(nèi)存大小為20M，并且設(shè)定不支持自動(dòng)擴(kuò)展，同時(shí)使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError實(shí)現(xiàn)當(dāng)異常拋出時(shí)Dump出當(dāng)前的內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照進(jìn)行分析。

import java.util.ArrayList;public class HeapOOMDemo { static class OOMObject{} public static void main(String[] args) { ArrayList<OOMObject> list = new ArrayList<>(); HeapOOMDemo demo = new HeapOOMDemo(); try { while (true) {list.add(new OOMObject()); } } catch (Throwable e){ System.out.println(list.size()); throw e; } }}

運(yùn)行程序一段時(shí)間后輸出如下信息：

70091070Exception in thread 'main' java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceat java.base/java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3721)at java.base/java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3690)at java.base/java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:235)......

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