JVM内存区域划分

        Java虚拟机在执行Java程序过程中会把它所管理的内存划分为以下区域：

        程序计数器：一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型里，字节码解释器工作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。

        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，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，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，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有的内存。

        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。

        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：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被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从入栈到出栈的过程。

        经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种方法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这里所指的“栈内存”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表所需要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。

        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，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

        本地方法栈：与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别不过是虚拟机栈执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。有点虚拟机（如Sun HotSpot虚拟机）直接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。

        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。

        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。既可以实现成固定大小的，也可以是扩展的，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。

        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、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

        Java虚拟机规范堆这个区域限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小伙子可扩展外，还可用选择不实现垃圾收集。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

        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，用于存放编译期生成的各种字面常量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

        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，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常。

        在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（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堆里面的DirectByteBuffer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，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

        显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小限制，但既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员分配虚拟机参数时一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常会忽略直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

参考：《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》