Java内存区域与内存溢出异常

执行java程序时会把她所管理的内存分为若干不同的数据区域，分别是程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区。

第一部分：Java内存区域

程序计数器

1）程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器。通过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完成。
2）程序计数器是线程私有的，由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。
3）对于一个正在执行的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。若果正在执行的是Native方法，这个计数器的数值为空。
4）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。

Java虚拟机栈

1）虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，为线程私有，每个方法在执行的同时会创建一个栈帧，由于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。方法的从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。
2）局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
3）此区域有两种异常状况：
---- 当请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
---- 当虚拟机栈扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

1）本地方法栈描述的是Native方法执行的内存模型，为线程私有，有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机方法栈合二为一。

Java堆

1）Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，此内存区域的唯一目的是就是存放对象实例。
2）Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以也称为GC堆。从内存回收的角度看，现在收集器基本采用分代收集算法，可细分为新生代和老年代，新生代一般用复制算法，老年代用标记-整理算法。
3）堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

1）线程共享，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译期编译后的代码等数据。
2）无法满足内存分配需求时，会抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量

1）运行时常量是方法区的一部分，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。

第二部分：HotSpot虚拟机对象

虚拟机如何创建对象

1）遇到new指令时检查指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过，若没有，则执行类加载过程。
2）为新生对象分配存储空间。
3）分配完内存后，虚拟机要将分配的内存空间都初始化为零值。这步操作保证对象的实例字段在Java代码中不赋初始值就能直接使用。
4）最后设置对象，如对象是哪个类的实例、如何能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息放在对象的对象头中。

对象的内存布局

对象在内存中存储的布局可分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
1）对象头包含两部分，一是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁等。二是类型指针，即类元数据的指针，来确定这个对象是哪个类的实例。
2）实例数据部分是真正存储的有效信息，是代码中所定义的各种类型的字段内容。
3）对齐填充不是必然存在，仅仅起着占位符的作用，因为对象大小必须是8字节的整数倍。

对象的访问定位

主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
1）句柄访问时，java堆中会划分出一块区域做句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。
2）直接指针访问时，java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。