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堆内存的详细结构以及java中内存溢出和排查方式

news 2025/7/13 13:00:33

三种JVM

我们可以通过Java -version来查看我们使用的虚拟机版本。

我们大部分使用的就是HotSpot虚拟机，还有两种分别是JRockit JVM和IBM J9VM

Oracle JRockit JVM是业界性能最高的 Java 虚拟机，现内置于 Oracle 融合中间件中。

与 HotSpot 类似，支持 服务器端、桌面应用 和 嵌入式系统，是 IBM 产品（如 WebSphere、AIX、z/OS）的默认 JVM2017 年 IBM 将 J9 开源并交由 Eclipse 基金会管理，更名为 Eclipse OpenJ9

我们学习的虚拟机大部分都是HotSpot虚拟机。

堆

堆（Heap）我们的虚拟机里面只有一块堆内存，同时我们可以对其进行调整大小。

类加载器读取了类文件之后，会把类，方法，常量，变量，保存我们创建对象的真实对象。

在我们的堆内存当中可以细分为三个区域：

新生区：存放新创建的对象（绝大多数对象在此区域被快速回收），高频 Minor GC 处理短期对象，复制算法高效无碎片。
养老区：存放长期存活的对象（如缓存、全局变量等），低频 Major GC 处理长期对象，标记-整理算法减少碎片。
永久存储区：存储 JVM 的元数据（类信息、方法、常量池等），Java 8 后被元空间取代，存储元数据，不再受堆大小限制。

特性	永久代（PermGen）	元空间（Metaspace）
存储位置	堆内存中	本地内存（非堆）
溢出错误	`java.lang.OutOfMemoryError: PermGen`	`java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace`
大小限制	固定上限（需手动调整）	默认无上限（受物理内存限制）
调优参数	`-XX:PermSize` / `-XX:MaxPermSize`	`-XX:MetaspaceSize` / `-XX:MaxMetaspaceSize`

我们通过代码来进行内存的模拟，我们通过对字符串的无限增加，可以使堆内存被加爆，就会出现内存溢出OOM

package com.JvmTest.TestjVMDemo1;

import java.util.Random;

public class HeapTest {public static void main(String[] args) {String string = "HeapTest";while(true){string+=string+ new Random().nextInt(999999999)+new Random().nextInt(999999999);}}
}

新生区

类诞生和成长的地方，甚至死亡。
伊甸园区，所有的对象都是在伊甸园区产生的
幸存者区（0,1）

因为我们程序当中绝大部分都是临时对象，所以我们基本上很少见到OOM

永久区

永久区这个区域是常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象，interface元数据，存储的是java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收机制，当虚拟机关闭的时候才会进行内存的释放。

当启动类加载过多的第三方JAR包，或在Tomcat中部署过多应用时，加之持续生成动态反射类不断被加载，最终会导致内存耗尽，从而引发OOM问题。

上图当中元空间这片区域也叫做非堆，事实上这片区域里面的方法区是线程公用的，所以它是非堆，非堆并不是说不是堆，它还是堆，只是用来区分开，jdk8以上就把元空间永久替换了永久代，所以这片区域叫过，永久代，元空间，方法区。

方法区：是《Java 虚拟机规范》定义的逻辑区域，用于存类信息、常量、静态变量等，本身属于非堆范畴（区分于存储对象的堆），JDK 1.7 及之前，HotSpot 用 “永久代” 实现它；JDK 8+ 改用 “元空间” 实现，元空间是方法区的落地实现（物理存储）。

“非堆” 是区分于新生代、老年代组成的 “堆（Heap）” 的内存分类，包含方法区（元空间 / 永久代）、直接内存等。它属于 JVM 管理的内存，但不参与堆的垃圾回收分代流程，本质是 “JVM 内存的非堆存储区”，并非 “不是堆”，而是逻辑概念上与堆（存对象实例）区分。

元空间这一片区域我们逻辑上存在，内存不存在解释过程如下。

我们通过代码来查看虚拟机试图使用的最大内存和jvm初始化总内存

package com.JvmTest.TestjVMDemo1;

public class JvmDemo1 {public static void main(String[] args) {//返回虚拟机试图使用的最大内存long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//返回JVM的初始化总内存long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();

System.out.println("maxMemory="+maxMemory+"字节\t"+(maxMemory/(double)1024/1024)+"MB");System.out.println("totalMemory"+totalMemory+"字节\t"+(totalMemory/(double)1024/1024)+"MB");
}
}

默认情况下默认分配的总内存是电脑内存的1/4，而初始化的内存为1/64

我们可以通过参数的调优来查看一下内存的分布，调优的参数为-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCDetails启用 详细垃圾回收日志，打印每次 GC 的详细信息

注意！！ jdk9+的需要通过配置文件的方式才能够出现，9以下的参数无需更改

我们将新生代和老年代的内存相加然后进行内存的换算，最后结果也就是我们的虚拟机初始化总内存。

我们出现OOM的情况的时候就需要我们首先尝试扩大内存看结果是否改变，如果依然报错就说明代码内部存在着问题，就需要我们分析内存查看问题

我们对于之前的一个OOM的例子来进行解析

如上图我们就可以看出，当所有的内存都满了之后，就会出现错误OOM。

很经典的面试问题，当出现OOM怎么进行排错。

内存快照分析工具，MAT，Jprofiler这两个都是java的插件。

作用：
- 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏。
- 获得堆中的对象
- 获得大的对象

我们需要下载Jprofiler下载地址：ej-technologies - JProfiler

下载之后需要在图中的地址配置文件位置。

下载之后需要配置一下idea的参数

-Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

参数的意思是Xms8m设置JVM初始堆内存大小-Xmx8m最大堆内存文件，HeapDumpOnOutOfMemoryError当出现OOM错误的时候dump这个错误。这个时候当我们有错误的时候，就能够在idea里面看到dump文件

package TestjVMDemo1;

import java.util.ArrayList;

public class Demo2 {byte[] bytes = new byte[1024*1024];//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryErrorpublic static void main(String[] args) {ArrayList<Demo2> list = new ArrayList<>();int count = 0;try {while (true){list.add(new Demo2());count=count+1;}} catch (Error e) {System.out.println(e);}}
}