JVM运行时内存区域的划分以及内存溢出异常

程序计数器
java虚拟机栈
本地方法栈
Java堆
方法区
直接内存

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1.程序计数器 (Program Counter Register)

又名PC寄存器，程序计数器是一个较小的内存空间，可以把它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程序计数器来完成。

1.程序计数器是线程私有的；
2.如果正在执行的是java方法，记录的值是正在执行的虚拟机字节码指令地址；
3.如果执行的是native方法，这个计数器值则为null；
4.native方法内存区域是唯一java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域；

2.java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)

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），用于储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直到执行完成的过程，就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

1.java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
2.栈的存取速度很快，所以在栈中存放的都是快速执行的任务，如基本数据类型和引用数据类型。
3.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。
4.如果虚拟机在动态扩展时无法申请到足够内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

2.1局部变量表
局部变量表中存放了编译期可知的八大基本数据类型和引用数据类型，long double占用的2个局部变量空间，其余数据类型只占用1个。因此局部变量表所需的内存在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

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为虚拟机执行java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机栈使用到的native方法服务。
值得一提的是Native Method指得就是Java程序调用了非Java代码，算是一种引入其它语言程序的接口

1.本地方法栈是线程私有的
2.本地方法栈同样会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
3.Sun和HotSpot虚拟机，直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4.Java堆(Java Heap)

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，几乎所有的对象实例以及数组都要在堆上分配(但不绝对)。java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为“GC”堆。

从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代、老年代和元空间。再细致一点新生代还分为Eden空间、From Survivor空间、To Surivivor空间等，具体细节放在之后的章节讲解。
从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。
不过无论如何划分，都与存放的内容无关，无论哪个区域，存储的都是对象实例，进一步的划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

1.Java堆是线程共享的一个内存空间。
2.根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上的不连续的内存空间中，只需要逻辑上是连续的即可。
3.如果在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。

5.方法区

方法区(Method Area)用于储存已被虚拟机加载的类的信息，常量，静态变量，JTL(即时编译器)编译后的代码数据。虽然java虚拟机把方法区描述为堆得一个逻辑部分，但它还有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的就是为了与java堆区分开来。

在jvm内存中有3中常量池，分别为字符串常量池、class文件常量池和运行时常量池。
深入解析字符串常量池、class文件常量池和运行时常量池
1. 字符串常量池(String Constant Pool)
在HotSpot VM里实现的String Constant Pool功能的就是一个StringTable类，他是一个Hash表，默认大小是长度1009，这个StringTable在每个HotSpot VM中的实例只有一份，被所有类共享的。字符串常量是由一个一个字符组成，放在了StringTable类上的。在jdk1.8版本，字符串常量池从方法区移到堆中了，同时取消了永久代，改为了元空间(MetaSpace)。

2.class文件常量池(Class Constant Pool)
我们写一个class类被编译后，会生成一个class文件，class文件中除了存放类的版本号、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，每个class文件都对应的有一个class文件常量池。
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3.运行时常量池(Runtime Constant Pool）
JVM在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化、而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。而当类加载到内存中后，jvm就会将class文件常量池中的内容放到运行时常量池中，由此可知，运行时常量池也是每个类都有一个，在解析阶段，会把符号引用替换为直接引用，解析的过程回去查询字符串常量池，也就是我们上面所说的StringTable，以保证运行时常量池所引用的字符串与字符串常量池中是一致的。

运行时常量池相对于class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，java语言并不要求运行时常量池一定在编译期才能产生，也就是并非预置入class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量池放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

1.方法区是线程共享的，因为存放的是在整个程序中永远唯一的元素，但是要加载类时要考虑线程安全问题，当两个线程同时找一个类时，一个线程去加载这个类，另一个线程应该等待，而不应该同时加载。
2.相对而言，垃圾收集器在方法区出现的次数比较少。
3.字符串常量池是在堆中的，class常量池和运行时常量池是在方法区中的。
4.当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

6.直接内存(Direct Memory)

直接内存并非java 虚拟机运行时数据的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域，但这部分内存也被频繁的使用，也会抛出OutOfMemoryErrory异常出现。

在jdk1.4中新加入了NI/O(new Input/Output)类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配对外内存，然后通过一个储存在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样能在一些特定的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，本机直接内存不会受到java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机总内存的大小和处理器寻址空间的限制，服务器管理员在配置虚拟机参数时，经常忽略直接内存，使各个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的OutOfMemoryError异常。

以上是自己结合在网上查询的大量资料以及在《深入了解java虚拟机》一书中的了解，从而得出的结论，如有不对，欢迎在评论区指出并讨论。
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