一、Java内存区域与内存溢出异常

Java虚拟机自动内存管理机制，不需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄露和内存溢出的问题，由虚拟机管理着一切。

运行时数据区域

1.程序计数器（线程私有）

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器在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计数器来完成。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个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，这个计数器值则为空。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。

2.Java虚拟机栈（线程私有）

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；每个方法在执行的时候会创建一个栈帧（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，每一个方法从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（压栈）到出栈（弹栈）的过程。

局部变量表 存放了编译期可知的各种 基本数据类型 （byte、short、int、long、boolean、float、double、char）、 对象引用 （ reference类型 （不同于对象本身，可能是一个指向对象其实地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）、 returnAddress类型 （指向了一条字节码执行的地址））。其中64位长度的long、double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占1个。 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，进入一个方法时，需要在栈帧中分配多大的内存是完全确定的，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，对此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（当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中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，就会抛出OutOfMemoryError异常 。

3.本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用非常相似，区别：虚拟机栈是为执行Java方法（字节码）服务， 本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务 。 本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常 。注意：在HotSpot虚拟机中本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4.Java堆（Java Heap）

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆内存被所有的线程共享，在虚拟机启动时创建，此区域唯一的目的就是为了存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。在Java虚拟机规范中的描述是： 所有的对象实例及数组都要在堆上分配 。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域（因此也叫：GC堆）。由于现在收集器基本都采用分带收集算法，所以Java堆中还可以细分为： 新生代和年老代 ，再细致一点的有:

• Eden空间
• From Survivor空间
• To Survivor空间

从内存分配的角度来看，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，简称：TLAB）。

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。在实现上，堆内存既可以是固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过 -Xmx 和 -Xms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 。

5.方法区（Method Area）

与堆一样，是各个线程共享的内存区域， 用于存储已被虚拟机加载的类信息、异常、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据 。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它的别名叫 Non-Heap（非堆） ，目的是与Java堆分开。

在HotSpot虚拟机中，方法区也被叫做“永久代”，但本质上两者并不等价， 在JDK8之后HotSpot取消了永久代，引入了元空间的内存管理机制。在JDK7中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出 。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常 。

6.运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的 版本信息、字段、方法、接口等描述信息 外，还有一项信息是常量池，用于存放编译器生成的各种字面量和字符号引用，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。

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，即并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，如：String类的intern()方法。

同方法区一样，当无法申请到新的内存时，会抛出OutOfMemoryError异常 。

7.直接内存

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，但在JDK1.4中新加入的 NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于 通道与缓冲区 的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆以外的内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DireByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了再Java堆和Native堆中来回复制数据的问题。

当此区域分配的内存大于物理内存时，会抛出OutOfMemoryError异常 。