请描述JVM运行时数据区（程序计数器、堆、栈等）？什么情况下会引发StackOverflowError和OutOfMemoryError？

Question

请描述JVM运行时数据区（程序计数器、堆、栈等）？什么情况下会引发StackOverflowError和OutOfMemoryError？

Answer 1

JVM运行时数据区

JVM运行时数据区是Java程序执行时操作系统分配的内存区域，主要分为以下几个部分：

1. 程序计数器（PC Register）

   • 作用：当前线程所执行的字节码的行号指示器。线程私有。
   • 特点：唯一一个在JVM规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2. Java虚拟机栈（JVM Stack）

   • 作用：存储栈帧。每个方法执行时会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。线程私有。
   • 异常：
     • StackOverflowError：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时抛出。
     • OutOfMemoryError：如果虚拟机栈可以动态扩展，而扩展时无法申请到足够内存时抛出。

3. 本地方法栈（Native Method Stack）

   • 作用：为JVM使用的Native方法服务。线程私有。
   • 异常：与Java虚拟机栈一样，会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

4. Java堆（Java Heap）

   • 作用：存放对象实例和数组。是垃圾收集器管理的主要区域（GC堆）。所有线程共享。
   • 异常：
     • OutOfMemoryError：当堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时抛出。

5. 方法区（Method Area）

   • 作用：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。所有线程共享。
   • 异常：
     • OutOfMemoryError：当方法区无法满足内存分配需求时抛出。

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异常触发情况

StackOverflowError

• 触发情况：最典型的原因是深度递归调用，导致一个线程的虚拟机栈或本地方法栈中压入了过多的栈帧，超出了栈的容量限制。

  // 示例：无限递归导致 StackOverflowError
  public void recursiveMethod() {
      recursiveMethod(); // 自己调用自己，没有退出条件
  }
  

OutOfMemoryError

• 触发情况：
  1. Java堆：创建了过多对象，并且有被引用的对象（即垃圾回收器无法回收），导致堆内存耗尽。常见于内存泄漏或处理大量数据时。

     // 示例：不断创建对象并保持引用
     List<Object> list = new ArrayList<>();
     while (true) {
         list.add(new Object()); // 最终会抛出 OutOfMemoryError: Java heap space
     }
     

  2. 方法区（在JDK 8之前是PermGen，之后是Metaspace）：动态生成了大量的类（如CGLib、JSP等），或者加载了过多的类。
  3. 虚拟机栈/本地方法栈：在创建新线程时，无法为线程分配足够的栈内存。这种情况相对少见。