第二章 java内存区域与内存溢出异常

这一章将从概念上介绍java虚拟机内存的各个区域，讲解这些区域的作用、服务对象以及可能产生的问题。

2.1运行时数据区域

根据《java虚拟机规范（java SE 7版）》的规定java虚拟机所管理的内存包括程序计数器、java虚拟机栈、本地方法栈、java堆、方法区。这些区域有的随着虚拟机进程的启动而存在，有的依赖用户线程的启动和结束而创建和销毁。

2.1.1程序计数器

程序计数器（Program CounterRegister）是一块较小的内存，它可以看做是当前线程所执行字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选择吓一跳需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说就是一个内核）都只会执行一个线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个单独的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域可以称为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址，如果正在执行的是Native方法，这个计数器的值为空（undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.1.2Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual MachineStacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接方法出口等信息。每个方法从调用直至完成的过程，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈过程。

经常有人将Java内存分为栈内存和堆内存，这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的是这两个区域，其中所指的栈就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈的中局部变量表部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用（reference类型，它不等同与对象本身，可能是一个执行对象其实地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与对象有关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

其中64位的long和double类型会占用2个局部变量表空间（slot）。其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常，如果虚拟机栈可以动态扩展（Java虚拟机规范也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError异常。

2.1.3本地方法栈

本地方法栈（Native MethodStacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的。他们的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机执行Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈使用的语言、使用方式和数据结构都没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如我们常用的Sun HotSpot虚拟机）直接就将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

2.1.4Java堆

对大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放实例对象，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都有在堆上分配，但随着JIT编译器的发展与逃逸分析计算逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有对象都分配在堆上也变的不那么绝对了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要内存区域，因此，很多时候也被称为GC堆。从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆可以细分为:新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread  Local Allocation Buffer，TLAB）。不过无论怎样划分都与内容无关，无论哪个区域存储的都是对象实例，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样，在实现时可以实现成固定大小的，也可以实现成可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是实现成可扩展的（通过-Xms和-Xmx控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.1.5方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样是各线程共享的内存区域，它用于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。虽然Java虚拟机把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却有一个别名叫做Non-heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

对于习惯了在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发人员来说，很多人更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的开发团队选择把GC分代扩展至方法区，或者说使用永久代实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理方法区了，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机来说不存在永久代的概念的。原则上。如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范的约束，但使用永久代来实现方法区，现在看来并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要没触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB，就不会出现问题），而且有极少数方法（例如String.intern()）会因为这个原因导致不同的虚拟机下有不同的表现。因此对于HotSpot虚拟机，JDK1.8的HotSpot中，已经放弃永久代，采用NativeMemory来实现方法区的规划了。

Java虚拟机规范堆方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要物理上连续的内存空间和可以选择固定大小或可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集在这个区域出现的次数较少，但并非数据进入这个区域就如         永久代的名字一样永久存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。

根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

2.1.6运行时常量池

运行时常量池（Runtime ConstantPool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放在编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

Java虚拟机对Class文件每一部分的格式都有严格规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节上的要求，不同的提供上实现的虚拟机可以按自己的需求实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存放在常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入常量池，这种特性被开发人员利用的比较多的就是String类的intern()方法。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

2.1.7直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存也被频繁的使用，并且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK1.4中新引入了NIO（New Inout/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样能在一些场景显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常会忽略掉直接内存，使得各个区域总和大于物理内存限制（包括物理和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

2.2HotSpot虚拟机对象探秘

限制以常用的虚拟机HotSpot和常用的内存区域Java堆为例，深入探讨HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问的全过程。

2.2.1对象的创建

Java是一门面向对象的语言，在语言层面上，创建对象（例如克隆、反序列化）通常仅仅是一个new关键字而已，而在虚拟机中，对象（这里的对象限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等）的创建过程又是怎样的过程呢？

虚拟机遇到一个new指令时，首先检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过。如果没有。那必须先执行相应类的加载过程。

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后就可以确定下来，为对象分配空间的任务就等同于把一块确定大小的内存从Java堆上划分出来。假设Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就是仅仅把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这中分配方式称为“指针碰撞”（Bump the Pointer）。如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那就没有办法进行简单的指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新表上的记录，这种分配方式称为“空闲列表”（Free List）。选择哪种方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带压缩整理功能决定。因此，使用Serial、ParNew等带compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞。而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表法。

除如何划分可用空间外，还有另外一个需要考虑的问题，对象在虚拟机中创建是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针的位置，在并发情况下也不是线程安全的，可能存在即将给A分配内存时，指针还没来得及修改，对象B又同时使用原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案，一种是对分配内存空间的动作进行同步处理—实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的内存空间进行，即每个线程在Java堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓冲（ThreadLocal Allocation Buffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配内存，只有TLAB用完并分配新的TLAB时才同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UserTLAB参数     来设定。

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零（不包括对象头），如果使用TLAB，这一工作也可以提前到TLAB分配时进行。这一操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

接下来，虚拟机需要对对象进行一些必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到累的元数据信息，对象的哈希码、GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头中，根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

在上面的工作都完成之后，从虚拟机的视角看，一个新的对象已经产生了，但从Java视角看，对象创建才刚刚开始–<init>方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以一般来说（由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定），执行new指令之后会接着执行<init>        方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

2.2.2对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可用分为3个内存区域：对象头（Object Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别是32bit和64bit，官方称它为“Mark World”。对象需要存储的运行时数据很多，其实已经超过了32位和64为Bitmap结构所能存储的极限，但是对象头信息是与对象自身定义无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark World被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。

对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定对象是哪个类的实例。并不是所有虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据并不一定要经过对象本身。另外对象是一个Java数组，那么对象头中还必须有一块记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通对象的元数据信息确定对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。    

接下来的实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中定义的各个字段的内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类定义的，都需要记录下来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（FieldsAllocationStyle）和字段在Java源码中的定义顺序的影响。HotSpot默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers），从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配在一起。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的字段会出现在子类之前。如果CompactFields参数值为true（默认为true）,那么子类中较窄的变量也可能插入到父类变量的空隙之中。

第三部分对齐填充并不是必须存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot虚拟机的内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分就是8字节的整数倍，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

2.2.3对象的访问定位

Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的，并没有规定这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中对象的具体位置，所以对象访问方式也取决于虚拟机实现而定。目前主流的访问方式是使用直接指针和句柄两种方式。

如果使用句柄的话，那么Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。

通过句柄访问对象

如果使用直接指针访问，那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何存放访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。

通过直接指针访问对象

这两种方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是很普遍的行为）时,只会修改句柄中的实例数据的指针，而reference本身不需要修改。

使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项非常可观的执行成本。就HotSpot虚拟机而言，它是使用直接指针进行对象访问的，但从整个软件开发的范围来看，各种语言和框架使用句柄来访问的情况也十分常见。

2.3实战：OutOfMemoryError异常

在Java虚拟机规范的描述中，除了程序计数器外，虚拟机内存的其他运行时区域都有发生OutOfMemoryError（也称OOM）异常的可能，现在通过若干个实例来验证异常发生的场景。

下文代码的开头都注释了执行时所需设置的虚拟机启动参数，这些参数对实验的结果有着直接的影响。如果通过控制台执行程序，那直接跟在Java命令后面书写就可以了。

2.3.1Java堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来保证对象不被垃圾回收机制清除，那么在对象数量达到最大堆容量限制后就会产生内存溢出异常。

下面限制堆的大小是20MB，不可扩展（将堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数设置成一样即可避免堆自动扩展），通过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump当前的内存堆存储快照以便事后进行分析。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * @author Administrator
 *
 */

public class HeapOOM {
	static class OOMObject{
		
	}
	public static void main(String[] args){
		List<OOMObject> list=new ArrayList<OOMObject>();
		while(true){
			list.add(new OOMObject());
		}
	}
}

Java堆内存的OOM异常是实际应用中常见的内存溢出异常情况。当出现Java堆内存溢出异常时，异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“Javaheap space”。

要解决这个区域的异常，一般的手段是先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）堆Dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要分清楚到底是内存泄露还是内存溢出。

如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到GCRoots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GCRoots相关联并导致垃圾收集器无法对他们进行回收的。掌握了泄露对象的类型信息及GC Roots引用链信息，就可以比较准确的定位到泄露代码的位置。

如果不存在泄露，换句话说，就是内存中的对象确实都是必须要存活的，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xms和-Xmx），与机器的物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长，持有状态过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。

以上是处理Java对内存问题的简单思路。

2.3.2虚拟机栈和本地方法栈溢出

由于HotSpot虚拟机不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此，对HotSpot虚拟机来说，虽然-Xoss参数（设置本地方法栈的大小）存在，但实际上是无效的，栈容量只由-Xss参数设定。关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverFlowError

如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError

这里把栈异常分为两种情况，看似更严谨，但却存在着一些互相重叠的地方，当栈空间无法再分配时，到底是内存太小，还是已使用的栈空间太大，其本质上是对同一件事的不同描述。

在实验中，将实验范围限制在单线程操作，尝试下面两种方法均无法产生OutOfMemoryError异常，结果都是获得StackOverflowError异常：

1）使用-Xss参数减少栈内存空间。结果抛出StackOverflowError异常，异常出现时输出的堆栈深度相应减小。

2）定义了大量的本地变量，增大此方法栈中变量表的长度，结果抛出StackOverflowError异常时输出的栈深度相应减小。

实验结果表明：在单线程情况下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机容量太小，当内存无法分配时，虚拟机将抛出的都是StackOverflowError异常。

如果测试时不限制单线程，通过不断建立线程的方式倒是可以产生内存溢出异常，但是这样产生的内存溢出异常与栈空间是否足够大不存在任何联系，其实在这种情况下，为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。

因为操作系统分配给每个进程的内存是有限制的，比如32位Windows系统限制为2GB。虚拟机提供了参数来限制Java堆和方法区这两部分的最大值。剩余的内存为2GB（操作系统限制）减去Xmx（最大堆容量），再减去MaxPermSize（最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉。如果虚拟机本身消耗的内存不计算在内，剩余的内存就是由虚拟机栈和本地方法栈瓜分掉了，每个线程分配到的栈容量越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把内存耗尽。

所以，如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数量或更换64位操作系统的情况下，可以通过减小最大堆和减小栈容量来换取更多的线程。如果没有这方面的处理经验，这种通过“减少内存”的手段来解决内存溢出的方式会很难想到。

特别提醒：在Windows系统的虚拟机中，由于Java线程是映射到操作系统内核线程上的，运行下面的代码会导致系统卡死，所以十分想运行，先将其他工作进行保存。

/**
 * VM Args:-Xss2M	(这时可以设置多一点)
 * @author Administrator
 *
 */
public class JavaThreadOOM {
	public void dontStop(){
		while(true){
			
		}
	}
	
	public void stackLeakByThread(){
		while(true){
			Thread thread=new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run(){
					dontStop();
				}
			});
			thread.start();
		}
	}
	
	public static void main(String []args) throws Throwable{
		JavaThreadOOM oom=new JavaThreadOOM();
		oom.stackLeakByThread();
	}
}

2.3.3方法区和运行时常量池溢出

由于运行时常量池是方法区的一部分，因此这两个部分的测试可以放在一起进行。

String.intern()是一个Native方法，它的作用是：如果字符串常量池中已经包含一个等于此String的对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象；否则，将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并返回代表此String对象的引用。在JDK1.6及以前的版本中，由于常量池分配在永久代中，可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区的大小，从而间接限制其中常量池的容量。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 * @author Administrator
 *
 */
public class RunTimeConstantPool {
	public static void main(String [] args){
		List<String> list=new ArrayList<String>();
		int i=0;
		while(true){
			list.add(String.valueOf(i++).intern());
		}
	}
}

这段代码在JDK1.6及以前的版本会出现OutOfMemoryError，后面跟着的提示信息是“PermGen space”，说明运行时常量池属于方法区（HotSpot虚拟机中的永久代）的一部分。

而使用JDK1.7及以后的版本会一直运行下去，直到计算机卡死，关于这个字符串常量池的实现还引申出另一个问题。

public class RunTimeConstantPool {
	public static void main(String [] args){
		String str1=new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
		System.out.println(str1.intern()==str1);
		String str2=new StringBuilder("ja").append("va").toString();
		System.out.println(str2.intern()==str2);
	}
}

这段代码在JDK1.6中运行，会得到两个false，而在JDK1.7及以后的版本运行，会得到一个true和一个false。 产生差异的原因是：在JDK1.6中intern()会把首次出现的字符串复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由StringBuilder创建的字符串实例在堆中，所以必然不是同一个引用，将返回false。而在JDK1.7中的intern()实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，因此intern()返回的引用和StringBuilder创建的那个字符串是同一个。对str2比较返回false是因为”java”这个字符串在执行StringBuilder.toString()之前已经出现过，字符串常量池中指向的是第一次出现的引用，所以和str2不相同。

方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于这个区域的测试，基本思路是运行时产生大量的类来填满方法区，直到溢出。虽然直接使用Java SE API也可以动态产生类，但操作起来比较麻烦。

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类要被垃圾回收器回收的条件是非常苛刻的。在经常生成大量Class的应用中，需要特别主要类的回收情况。比如：程序中使用了CGLib字节码增强和动态语言（Spring、Hibernate等主流框架）、大量JSP或动态生成JSP文件的应用（JSP第一次运行时需要编译为Java类），基于OSGi的应用（即使是同一个类文件被不同的类加载器加载也会被视为不同的类）等。

2.3.4本机直接内存溢出

DirectMemory容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样，可以直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsa()方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是设计者希望只有rt.jar中的类才能使用Unsafe的功能）。不使用DirectByteBuffer类的原因是虽然这个类分配内存也会抛出内存溢出异常，但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请分配内存，而是通过计算得知内存无法分配，于是手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe,allocateMemory()。

import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;

/**
 * VM Args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * @author Administrator
 *
 */
public class DirectMemoryOOM {
	private static final int _1MB=102481024;
	
	public static void main(String [] args) throws Exception{
		Field unsafeField=Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
		unsafeField.setAccessible(true);
		Unsafe unsafe=(Unsafe)unsafeField.get(null);
		while(true){
			unsafe.allocateMemory(_1MB);
		}
	}
}

由DirectMemory导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，如果发现OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或间接的使用了NIO，那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。