java内存区域与内存溢出异常

java虚拟机在执行java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：

一、程序计数器（program counter register）

一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。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（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。每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，是线程私有的内存。

二、java虚拟机栈（java virtual machine stacks）

线程私有的，虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同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。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）、returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个局部变量表空间（slot），其余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间完成分配，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。

java虚拟机规范中，这个区域规定了两种异常状况：

1、StackOverflowError异常：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出此异常

2、OutOfMemoeryError异常：如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分java虚拟机栈都可以动态扩展，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，则抛出此异常。

三、本地方法栈（native method stack）

java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使用到的native方法服务。java虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（例如sun hotspot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

四、java堆（java heap）

对大多数应用程序来说，java堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，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对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多情况也被称作GC堆。从内存回收的角度来看，由于现在收集器一本都采用分代收集算法，所以java堆中还可以细分为：新生代和老年代；在仔细一点的有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）。无论如何划分斗鱼存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例。根据java虚拟机规范规定，java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要裸机上市连续的即可，可以实现固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流虚拟机都是可扩展的（通过-Xmx和-Xms控制），如果在堆中没有内存完成示例分配，并且堆也无法再扩展时，会抛出OutOfMemoryError异常。

五、方法区（method area）

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、及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，但是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。和java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域的是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就永久存在，这区域的内存回收目标主要 是针对常量池的回收和堆类型的卸载，不过通常回收成绩不理想。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

六、运行是常量池（runtime constant pool）

是方法区的一部分，class文件中除了有类的版本，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。常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemory异常。

七、直接内存（direct memory）

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，这部分内存也被频繁使用，而且也可能导致OutOfMemory异常。本机直接内存的分配不受java堆大小的限制，但受本机总内存的限制，也会抛出OutOfMemory异常