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本篇参考 《深入理解 Java 虚拟机》

Java 内存区域与内存溢出异常

运行时区域

• 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，这些区域都各有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。跟据 《Java 虚拟机规范 (Java SE 7 版) 》的规定，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。
  

1.程序计数器

程序计数器 Program Counter Register 是一块较小的内存空间，它是作为当前线程私有的字节码行号指示器。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是需要计数器来完成

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 本地 方法，这个计数器值则为空 (Undefined) 。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2.Java 虚拟机栈

Java 虚拟机栈同程序计数器一样，也是线程私有，生命周期和线程相同，虚拟机描述的是 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中入栈到出栈的过程

• 局部变量表中存放了编译器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原始地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄和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）
• 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（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，则会抛出 OutOfMemoryError 异常

3.本地方法栈

本地方法栈 Native Method Stack 与虚拟机栈之间的区别在于：Java 虚拟机为虚拟机栈执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机栈使用到的 Native本地 方法服务，与虚拟机栈相同，本地方法栈区域同样也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

4.Java 堆

对于大部分应用来说，Java 堆 Java Heap 是 Java 虚拟机中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对象实例，几乎所有的对象实例都在这里进行内存分配。Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为 GC堆。Java 堆主要用来存放对象实例和数组。内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区 Thread Local Allocation Buffer,TLAB 。可以位于物理上不连续的空间，但是逻辑上要连续。

• 如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆再也无法扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常

5.方法区

方法区（Method Area）同Java堆一样，属于共享内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据

• 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）属于方法区的一部分，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载进入方法区的运行时常量池中存放。编译器和运行期 (String 的 intern() )都可以将常量放入池中。同样，当常量池无法在申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

7.直接内存

直接内存(Direct Memory) 并不是虚拟机运行时区数据区中的一部分，也不是 Java 虚拟机栈规范中定义的内存区域，但是这部分也会被频繁使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常。

• 在 JDK 1.4 中新加入的 NIO (New Input/Output) 类，引入了一种基于通道 Channel与缓存Buffer 的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，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。这样可以避免在 Java 堆和 Native 堆中来回的数据耗时操作。
• 会受到本机内存限制，如果内存区域总和大于物理内存限制从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError 异常。

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