Java内存区域与内存溢出异常-运行时数据区域

　　1、程序计数器

　　　　是一块较小的内存空间，可看做当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、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主处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理都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。

　　　　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，那么这个计数器值则为空。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范里没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

　　2、Java虚拟机栈

　　　　与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java virtual machine stacks）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。

　　　　局部变量表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，它不同于对象本身，可能是一个指向对象的起止地址的引用指针，也可能是指向一个对象的句柄或者其他于此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码执行的地址）。

　　　　其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot），其余的数据类型只占用1个。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，对于这个区域规定了两种异常状况：如果线程执行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，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出outOfMemoryError异常。

　　3、本地方法栈

　　　　native method stack，与虚拟机栈所发挥的作用相似，区别为虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的native方法服务。本地方法栈也会抛出stackoverflowerror和outofmemoryerror异常。

　　4、Java堆

　　　　Java heap 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。此区域内存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虚拟机规范里的描述为：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但随着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产生，所有的对象都分配在堆上也变得不是那么绝对了。

　　　　Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，也被称作“GC堆”。从内存回收的角度看，由于现代收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等.

　　　　根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的空间，只要逻辑上连续的即可。在实现是、时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

　　5、方法区

　　　　Method Area，与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于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。方法区也会抛出OutOfMemoryError异常。

　　6、运行时常量池

　　　　Runtime Constant Pool是方法区的一部分。class文件中除了类的版本、方法、字段、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，这部分内容在类加载厚进入方法区的运行时常量池存放。也会抛出OutOfMemoryError异常。

　　7、直接内存

　　　　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，也可能导致OutOfMemoryError异常。JDK1.4中新加了NIO，引入了一种基于通道和缓冲区的io方式，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。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆native堆中来回复制数据。