Android 字节跳动技术二面：程序运行时，内存到底是如何进行分配的

Android 字节跳动技术二面：程序运行时，内存到底是如何进行分配的

关于程序计数器还有几点需要格外注意：

• 在 Java 虚拟机规范中，对程序计数器这一区域没有规定任何 OutOfMemoryError 情况（或许是感觉没有必要吧）。

• 线程私有的，每条线程内部都有一个私有程序计数器。它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

• 当一个线程正在执行一个 Java 方法的时候，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，这个计数器值则为空（Undefined）。

二、虚拟机栈

虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期同步。

在 Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

1. StackOverflowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出。

2. OutOfMemoryError：当 Java 虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出。

JVM 是基于栈（就是指虚拟机栈）的解释器执行的，DVM 是基于寄存器解释器执行的。

虚拟机栈的初衷是用来描述 Java 方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候，JVM 都会在虚拟机栈中创建一个栈帧。

1. 栈帧

栈帧（Stack frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，每一个线程在执行某个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。

我们可以这样理解：一个线程包含多个栈帧，而每个栈帧内部包含局部变量表、 *** 作数栈、动态连接、返回地址等。如下图所示：

• 局部变量表

局部变量表是变量值的存储空间，我们调用方法时传递的参数，以及在方法内部创建的局部变量都保存在局部变量表中。在 Java 编译成 class 文件的时候，就会在方法的 Code 属性表中的 max_locals 数据项中，确定该方法需要分配的最大局部变量表的容量。

使用 javap -v 反编译

注意：系统不会为局部变量赋予初始值（实例变量和类变量都会被赋予初始值），也就是说不存在类变量那样的准备阶段。

• *** 作数栈

*** 作数栈（Operand Stack）也常称为 *** 作栈，它是一个后入先出栈（LIFO）。

同局部变量表一样， *** 作数栈的最大深度也在编译的时候写入方法的 Code 属性表中的 max_stacks 数据项中。栈中的元素可以是任意Java数据类型，包括 long 和 double。

• 动态链接

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态链接的主要目的是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic linking）。

在一个 class 文件中，一个方法要调用其他方法，需要将这些方法的符号引用转化为其所在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于方法区中。

• 返回地址

无论当前方法采用正常退出或异常退出，在方法退出后都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。而虚拟机栈中的“返回地址”就是用来帮助当前方法恢复它的上层方法执行状态。

一般来说，方法正常退出时，调用者的 PC 计数值可以作为返回地址，栈帧中可能保存此计数值。而方法异常退出时，返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。

三、本地方法栈

本地方法栈和上面介绍的虚拟栈基本相同，只不过是针对本地（native）方法。在开发中如果涉及 JNI 可能接触本地方法栈多一些，在有些虚拟机的实现中已经将两个合二为一了（比如HotSpot）。

四、堆

Java 堆（Heap）是 JVM 所管理的内存中最大的一块，该区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象的实例都在堆里面分配，因此它也是 Java 垃圾收集器（GC）管理的主要区域，有时候也叫作“GC 堆”。同时它也是所有线程共享的内存区域，因此被分配在此区域的对象如果被多个线程访问的话，需要考虑线程安全问题。

按照对象存储时间的不同，堆中的内存可以划分为新生代（Young）和老年代（Old），其中新生代又被划分为 Eden 和 Survivor 区。具体如下图所示：

五、方法区

方法区（Method Area）主要是存储已经被 JVM 加载的类信息（版本、字段、方法、接口）、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码和数据。该区域同堆一样，也是被各个线程共享的内存区域。

注意：关于方法区，很多开发者会将其跟“永久区”混淆。

• 方法区是规范层面的东西，规定了这一个区域要存放哪些数据。

• 永久区或者是 metaspace 是对方法区的不同实现，是实现层面的东西。

六、异常再现

• StackOverflowError 栈溢出异常

递归调用是造成 StackOverflowError 的一个常见场景，原因就是每调用一次method方法时，都会在虚拟机栈中创建出一个栈帧。因为是递归调用，method方法并不会退出，也不会将栈帧销毁，所以必然会导致StackOverflowError。

• OutOfMemoryError 内存溢出异常

理论上，虚拟机栈、堆、方法区都有发生 OutOfMemoryError 的可能。但是实际项目中，大多发生于堆当中。

在一个无限循环中，动态的向 ArrayList 中添加新的对象。这会不断的占用堆中的内存，当堆内存不够时，必然会产生 OutOfMemoryError，也就是内存溢出异常。

总结