java heap space解決方法（jvm設置堆內存參數）

我們首先了解下什么是JVM。

JVM（Java Virtual Machine），簡而言之就是java程序的運行環境（java二進制字節碼的運行環境）。以下表格比較了JVM、JRE和JDK之間的關系：

JVM的內存可以分為5大塊：程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧、堆以及方法區

1、程序計數器，也稱為寄存器。我們知道，java程序的執行順序是jvm指令->解釋器->機器碼->CPU，那么程序計數器的作用就是在程序執行的過程中，記住下一條JVM指令的執行地址。當執行完當前JVM指令之后，會在程序計數器中獲取到下一條JVM指令的地址，以此去尋找下一條指令。

要記住，程序計數器是每條線程私有的。當線程因為某種原因暫停執行后，該條線程的程序計數器會記錄下條指令的地址，等結束暫停后，線程可以從停止的地方繼續執行。而且，程序計數器不會存在內存溢出。

2、虛擬機棧，就是每個線程運行需要的內存空間。一個棧由多個棧幀組成，棧幀對應著每個方法運行時需要的內存（參數，局部變量，返回地址等），每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法。

當方法結束調用后，對應的棧幀就會被移除出棧。

我們以debug方式運行代碼：

查看debug界面可以發現，main、method1和method2方法都以上文的方式被壓入棧中：

所以可以知道，垃圾回收不涉及棧內存，因為方法調用完被移除之后，內存就會被釋放掉。我們可以通過-Xss設定棧內存的大小，但是請注意，因為我們的物理內存是固定的，所以棧內存并不是越大越好，棧內存設置的越大，我們的線程數量反而越少。

既然可以分配棧的大小，那么什么情況下會出現棧內存溢出呢？第一種是棧幀過多導致棧內存溢出，第二種就是棧幀過大導致棧內存溢出。請看如下代碼：

public class Demo1_3 {
    public static void main(String args[]) {
        try {
            m1();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static void m1() {
        m1();
    }
}

由于對m1進行了遞歸調用，且沒有設置退出條件，所以運行后會拋出棧內存溢出錯誤：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

這里還有一個問題，如果多個線程執行m1方法，內部的變量x是線程安全的嗎？答案是肯定的，因為每個線程都有自己的棧，棧內的棧幀都會存在自己的變量x，所以方法內的局部變量是線程安全的。

public class Demo1_2 {
    static void m1() {
        int x = 0;
        for (int i=0; i<5000; i++) {
            x ++;
        }
        System.out.println(x);
    }
}

但是如果變量x是每個方法公有的，那就需要考慮線程安全的問題了，比如用static修飾：

static int x = 0;

3、本地方法棧，就是給本地方法的運行提供運行空間。本地方法，指那些不是由Java代碼編寫的方法，可以通過本地方法去調用解釋器、即時編譯器或者垃圾回收器。比如Object類中的clone()方法，真正實現的是c和c++：

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

4、堆。通過new創建的對象都會使用堆內存，可以通過-Xmx設定堆空間大小。堆有兩大特點，一是線程共享，堆中的對象都需要考慮線程安全的問題，二是它有垃圾回收機制。

我們首先看一下堆內存溢出的問題，請看如下代碼：

public class Demo1_4{
    public static void main(String args[]) {
        try {
            List<String> list = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while(true) {
                list.add(a);
                a = a + a;
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

運行后拋出堆內存溢出錯誤：

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

5、方法區，是所有JVM共享的區域，存儲了跟類的結構相關的信息：運行時常量池，類的成員變量，方法數據，以及成員方法和構造器方法的代碼等。方法區是在JVM啟動時被創建的，可以通過-XX:MaxMetaspaceSize=10m設置方法區的大小。下圖就是JDK1.8中的內存結構：

可以看到，Metaspace作為方法區的實現，包含了Class、ClassLoader和常量池。方法區也會有內存溢出，即元空間的內存溢出：

public class Demo1_5 extends ClassLoader{
    public static void main(String args[]) {
        try {
            Demo1_5 test = new Demo1_5();
            //加載10000個新的類
            for (int i=0; i<10000; i++) {
                //生成類的二進制字節碼
                ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
                //參數含義：版本號，public，類名，包名，父類，接口
                cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class"+i, null, "java/lang/object", null);
                //返回類的byte數組
                byte[] code = cw.toByteArray();
                //執行類的加載
                test.defineClass("Class"+i, code, 0, code.length);
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述案例演示了加載的類數量過多導致元空間內存溢出，以下是運行后結果：

Error occurred during initialization of VM
MaxMetaspaceSize is too small.