Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存区域划分为若干个不同的数据区域。

1 程序计数器--Program Counter Register

一块较小的内存空间，作用可视为当前线程所执行的字节码的行号指示器，没个线程有自己独立的程序计数器，即“线程私有”的内存区域。

若线程当前执行的是一个Java方法，则这个计数器记录的是当前执行的虚拟机字节码指令的地址；
若线程当前执行的是一个Native方法，则这个计数器值为空（Undefined）。

此内存区域为唯一一个在虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2 Java虚拟机栈--Java Virtual Machine Stack

“线程私有”的内存区域，生命周期和线程相同。

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行时都会创建一个栈帧（Stack
Frame，方法运行期的基础数据结构）用于存放局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

局部变量表存放着编译器可知的各种基础数据类型（boolean、byte、char、short、int、long、float、double)、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，依赖不同虚拟机实现，可能是一个执行对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
其中64为长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其他的数据类型只占用1个。局部变量表的内存空间在编译期间完成分配。在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

Notes: Java虚拟机栈可能发生如下异常情况：

• 如果线程请求分配的栈容量超过 Java 虚拟机栈允许的最大容量时，Java 虚拟机将会抛出一个 StackOverflowError
  异常。


• 如果 Java
  虚拟机栈可以动态扩展，并且扩展的动作已经尝试过，但是目前无法申请到足够的内存去完成扩展，或者在建立新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那
  Java 虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError 异常。

3 本地方法栈--Native Method Stack（或C Stacks）

与Java Virtual Machine Stack很类似，区别在于Native Method
Stack是为虚拟机使用到得Native方法服务，而Java Virtual Machine Stack则是为虚拟机执行Java方法（即字节码）服务。

Note:

• Native Method Stack抛出异常情况和虚拟机栈相同。

4 Java堆--Java Heap

Java Heap是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。

所有的对象实例和数组都在Java堆上分配。

Java堆是GC管理的主要区域，因此经常被称为“GC 堆”（即Grabage Collected Heap）。

从内存回收的角度看，由于现在GC都是采用分代收集算法，故Java堆可分为：新生代、老年代。再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、和To
Survivor空间等。 从内存分配的角度看，Java堆可划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation
Buffer，TLAB）。

根据虚拟机规范，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可。

Note:

• 如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展，则抛出OutOfMemoryError异常。

5 方法区--Method Area

Method Area和Java
Heap一样，也是线程共享的内存区域。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。

GC回收行为在此区域比较少出现，主要回收目标是针对常量池和类型的卸载。

Note:

• 根据Java虚拟机规范，当方法区无法满足分配需求时，则抛出OutOfMemoryError异常。

6 运行时常量池--Runtime Constant Pool

该区域为方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息以外，还有一项信息为常量池（Constant Pool
Table），用于存放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存放到方法区中的运行时常量池中。

Note:

• 当创建类或接口的时候， 如果构造运行时常量池所需要的内存空间超过了方法区所能提供的最 大值，那 Java 虚拟机将会抛出一个
  OutOfMemoryError 异常。

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储到运行时常量池中。

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能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中（参见String类的intern()方法）。

Note:

• 运行时常量池归属方法区，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存是会抛出一个 OutOfMemoryError 异常。

7 直接内存--Direct Memory

直接内存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，但这部分也频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError
异常出现。