JAVA的記憶體模型及結構

青衫無名發表於2017-05-22
Java記憶體模型

所有的Java開發人員可能會遇到這樣的困惑？我該為堆記憶體設定多大空間呢？OutOfMemoryError的異常到底涉及到執行時資料的哪塊區域？該怎麼解決呢？

Java記憶體模型

Java記憶體模型在JVM specification, Java SE 7 Edition, and mainly in the chapters “2.5 Runtime Data Areas” and “2.6 Frames”中有詳細的說明。物件和類的資料儲存在3個不同的記憶體區域：堆（heap space）、方法區（method area）、本地區（native area）。

堆記憶體存放物件以及陣列的資料，方法區存放類的資訊（包括類名、方法、欄位）、靜態變數、編譯器編譯後的程式碼，本地區包含執行緒棧、本地方法棧等存放執行緒

JUtH_20121024_RuntimeDataAreas_1_MemoryModel (1)

方法區有時被稱為持久代（PermGen）。

JUtH_20121024_RuntimeDataAreas_2_MemoryModel (1)

所有的物件在例項化後的整個執行週期內，都被存放在堆記憶體中。堆記憶體又被劃分成不同的部分：伊甸區(Eden)，倖存者區域(Survivor Sapce)，老年代（Old Generation Space）。

方法的執行都是伴隨著執行緒的。原始型別的本地變數以及引用都存放線上程棧中。而引用關聯的物件比如String，都存在在堆中。為了更好的理解上面這段話，我們可以看一個例子：

01 import java.text.SimpleDateFormat;
02 import java.util.Date;
03  
04 import org.apache.log4j.Logger;
05  
06 public class HelloWorld {
07     private static Logger LOGGER = Logger.getLogger(HelloWorld.class.getName());
08  
09     public void sayHello(String message) {
10         SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("dd.MM.YYYY");
11         String today = formatter.format(new Date());
12         LOGGER.info(today + ": " + message);
13     }
14 }

這段程式的資料在記憶體中的存放如下：

JUtH_20121024_RuntimeDataAreas_4_MemoryModel

通過JConsole工具可以檢視執行中的Java程式（比如Eclipse）的一些資訊：堆記憶體的分配，執行緒的數量以及載入的類的個數；

JUtH_20121024_RuntimeDataAreas_5_JConsole

 Java記憶體結構

這裡有一份極好的白皮書：Memory Management in the Java HotSpot Virtual Machine。它描述了垃圾回收(GC)觸發的記憶體自動管理。Java的記憶體結構包含如下部分：

JUtH_20121024_RuntimeDataAreas_6_MemoryModel

堆記憶體

堆記憶體同樣被劃分成了多個區域：

  • 包含伊甸（Eden）和倖存者區域(Survivor Sapce)的新生代（Young generation）
  • 老年代（Old Generation）

不同區域的存放的物件擁有不同的生命週期：

  • 新建（New）或者短期的物件存放在Eden區域；
  • 倖存的或者中期的物件將會從Eden區域拷貝到Survivor區域；
  • 始終存在或者長期的物件將會從Survivor拷貝到Old Generation；

生命週期來劃分物件，可以消耗很短的時間和CPU做一次小的垃圾回收（GC）。原因是跟C一樣，記憶體的釋放（通過銷燬物件）通過2種不同的GC實現：Young GC、Full GC。

為了檢查所有的物件是否能夠被銷燬，Young GC會標記不能銷燬的物件，經過多次標記後，物件將會被移動到老年代中。

哪兒的OutOfMemoryError

對記憶體結構清晰的認識同樣可以幫助理解不同OutOfMemoryErrors：

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

原因：物件不能被分配到堆記憶體中

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

原因：類或者方法不能被載入到老年代。它可能出現在一個程式載入很多類的時候，比如引用了很多第三方的庫；

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

原因：建立的陣列大於堆記憶體的空間

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

原因：分配本地分配失敗。JNI、本地庫或者Java虛擬機器都會從本地堆中分配記憶體空間。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>（Native method）

原因：同樣是本地方法記憶體分配失敗，只不過是JNI或者本地方法或者Java虛擬機器發現；

關於OutOfMemoryError的更多資訊可以檢視：“Troubleshooting Guide for HotSpot VM”, Chapter 3 on “Troubleshooting on memory leaks”

 

參考連結：

 


相關文章