Java内存区域与内存溢出异常(一)

Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外的人想进去，墙内的人却想出来。

                                                                                                                                     ——《深入理解Java虚拟机》

对于从事C、C++语言开发的人而言，在内存管理领域，他们既是拥有最高权力的“皇帝”，又是从事最基础工作的“劳动人民”——既拥有每一个对象的“所有权”，又担负着每一个对象生命从开始到终结的维护责任。

对于Java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，由虚拟机管理内存这一切看起来都很美好。不过，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎么使用内存的，那么排查错误将会成为一项异常艰难的任务。

运行时数据区域：JVM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。根据《Java虚拟机规范(Java SE7版)》的规定，JVM所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区：方法区(Method Area)、虚拟机栈(VM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)、堆(Heap)、程序计数器(Program Counter Register)。

1、程序计数器(Program Counter Register)：

程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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需要依赖这个计数器来完成。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，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。JVM执行Java方法时，PCR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PCR的值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2、Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)

JVM Stack也是线程私有的，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。

3、本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

4、Java堆(Heap)

对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机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分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。但是，随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。

5、方法区(Method Area)

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常亮、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。

6、运行时常量池(Runtime Constant Pool)

运行时常量池是方法区的一部分。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(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进入方法区的运行时常量池中存放。一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把编译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。