JVM内存区域详解

本文分为两部分：一是JVM内存区域的讲解；二是常见的内存溢出异常分析。

1.JVM内存区域

java虚拟机在执行java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些区域都有各自的用途，这些区域有哪些呢？如下图：

1.1 程序计数器

程序计数器是一块很小的内存空间，它的作用可以看作是当前线程所执行的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取下一条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程序计数器。我们知道，在任意一个时刻，一个处理器只能执行一个线程中的指令，当线程切换后，怎么才能恢复到正确的执行位置呢？就需要用这个程序计数器，各个线程之间的程序计数器相互独立，互不影响，我们一般称这块内存区域为 “线程私有”的内存。如果线程执行的是一个java方法，那么程序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，这个计数器值为空。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。

1.2 java虚拟机栈

虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个java方法被执行的时候，都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每个方法从被调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。我们平时所说的栈内存，就是指虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的八种基本数据类型，对象引用和returnAddress类型。局部变量表所需要的内存空间是在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中占用的局部变量空间是确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。其中，64位长度的long和double会占用两个局部变量空间(Slot)，其余的数据类型占用1个。在java虚拟机规范中，对这块区域规定了两种异常情况：1.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异常；2 如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError异常。

1.3 本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈发挥的作用是相似的，虚拟机栈是虚拟机为执行java方法服务，本地方法栈是虚拟机为执行本地Native方法服务。它也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

1.4 java堆

java堆是被所有线程共享的一块内存区域，它是java虚拟机所管理的最大的一块内存，在虚拟机启动的时候创建。几乎所有的对象实例都是在这里分配内存，java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以又被成为GC堆。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，只要逻辑上连续即可。当堆中没有内存可以完成实例分配，并且也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

1.5 方法区

方法区也是各个线程共享的内存区域，它主要是存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等数据。对于习惯在HotSpot虚拟机上部署程序的开发者来说，方法区也被成为永久代。垃圾收集行为在这块区域是很少出现的，这块区域的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。当方法区无法满足对内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

1.6 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本，字段，接口和方法等信息外，还有一项信息是常量池。用于存放编译期生成的字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池。当常量池无法申请到内存时，也会抛出OutOfMemoryError异常。