线程独占区

程序计数器（Program Counter Register）

• 程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
• 如果线程执行的是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。如果正在执行的是native方法，这个计数器的值为undefined。
• 此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

• 虚拟机栈描述的是Java方法执行的动态内存模型，与线程的声明周期一致。
• 栈帧（Stack Frame）
  • 每个方法执行，都会创建一个栈帧，伴随着方法从创建到执行完成，用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等。
  • 每个方法被调用直至执行完毕的过程，就是一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
• 局部变量表
  • 存放编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double），对象引用（reference类型），returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
  • 这些数据类型在局部变量表中的存储空间已局部变量槽（Slot，32bit）来表示。
  • 所需的内存空间在编译期完成分配。当进入一个方法是，这个方法需要在栈帧分配多少内存时固定的，在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小
• JVM参数：
  • -Xss（设置栈容量）
• 异常
  • StackOverFlowError（线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度）

/**
 * 使用-Xss参数减少栈内存容量
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackSOF {
	private int stackLength = 1;
    
    public void stackLeak() {
    	stackLength++;
        stackLeak();
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
    	JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
        try {
        	oom.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
        	System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

// 运行结果：
// stack length：2402
// Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

/**
 * 定义了大量的本地变量，增大此方法帧中本地变量表的长度。
 */
public class JavaVMStackSOF {
	private static int stackLength = 0;
    
    public static void test() {
    	long unused1, unused2, unused3, unused4, ....;
        stackLength++;
        test();
        
        unused1 = unused2 = unused3 = unused4 = ... = 0;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    	try {
        	test();
        } catch (Error e) {
        	System.out.println("stack length:" + stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

// 运行结果：
// stack length:5675
// Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

• OutOfMemoryError（当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，HotSpot不支持扩展，所以除非在创建线程申请内存时就无法获得足够的内存）

/**
 * 创建线程导致内存溢出异常
 * VM Args: -Xss2M
 */
public class JavaVMStackOOM {
	private void dontStop() {
    	while (true) {
        }
    }
    
    public void stackLeakByThread() {
    	while (true) {
        	Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            	@Override
                public void run() {
                	dontStop();
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
    	JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

// 运行结果：
// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create native thread,
// possibly out of memory or process/resource limitsreached

本地方法栈（Native Method Stack）

• 为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务
• 异常
  • StackOverFlowError
  • OutOfMemoryError

线程共享区

堆（Heap）

• 存放对象实例（逃逸分析技术：栈上分配、标量替换）
• 划分多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。
  • 目的：更好地回收内存，更快地分配内存。
  • -XX：+/-UseTLAB 是否使用TLAB。
• JVM参数
  • -Xmx（设置最大堆大小）
  • -Xms（设置初始堆大小）
  • -XX : +HeapDumpOnOutOfMemoryError（内存溢出时Dump出当前的内存堆转储快照）
• 异常
  • OutOfMemoryError
    • 内存泄漏（Memory Leak）：查看泄漏对象到GC Roots的引用链，找到泄漏对象是怎样的引用路径、与哪些GC Roots相关联
    • 内存溢出（Memory Overflow）：直接增加堆内存大小（检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理）

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

// 运行结果：
//java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

方法区（Method Area）

• 存储虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据
  • 类信息：版本、字段、方法、接口
• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
  • 常量池表（Constant Pool Table）：存放编译期生成的各种字面量与符号引用。
  • String::intern()：如果字符串常量池中已经包含了一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象的引用；否则，会将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。
• 垃圾回收在方法区的行为
  • 常量池的回收
  • 类的卸载
• VM参数
  • -XX : MaxMetaspaceSize（设置元空间最大值）
  • -XX : MetesapceSize（指定元空间的初始空间大小）
  • -XX : MinMeetaspaceFreeRatio（在垃圾收集之后控制最小的元空间剩余容量的百分比，可减少因为元空间不足导致的垃圾收集的频率）
  • -XX : MaxMeetaspaceFreeRatio（在垃圾收集之后控制最大的元空间剩余容量的百分比）
• 异常
  • OutOfMemoryError