JVM内存区域简介

JVM内存区域（JVM内存结构，JVM内存布局）是Java虚拟机运行时数据的位置划分，其主要包括：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。

后面将介绍Java内存模型，JVM内存区域和Java内存模型是不同层次对内存的划分，JVM内存区域侧重描述内存数据的结构布局，一般关注垃圾回收（GC）及OOM问题。

一、前言

Java虚拟机将内存划分为几个区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是线程私有的区域，而堆、方法区都是线程共享的区域。

除了以上的内存区域，Java虚拟机还可以使用“直接内存”，Java8中使用元空间替换了Java7位于方法区的永久代，元空间就是在“直接内存”中分配。

本文中JVM的实现都是以HotSpot为例，如：永久代就是HotSpot的专属概念。

接下来将分别介绍这几个区域的部分数据内容：

程序计数器（Program Counter Register）：程序计数器保存了当前程序所处的位置，通过改变程序计数器的值可以实现流程控制（分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等）。
虚拟机栈（VM Stack）：虚拟机栈保存了方法出口、局部变量表等数据，局部变量表又保存了对象引用等数据，如对于Object obj = new Object()来说，obj这个变量就作为Object对象的引用就存放在局部变量表中。
本地方法栈（Native Method Stack）：本地方法栈与虚拟机栈功能类似，其区别是虚拟机栈适用于Java方法，而本地方法栈适用于Native方法。
堆（Heap）：堆保存了对象实例等数据，如对于之前虚拟机栈描述中的Object obj = new Object()来说，new出来的Object对象的实例数据就存放在堆中。Java堆是垃圾回收（GC）的重点关注位置，常说的“分代收集”（老年代，新生代）也大部分发生在堆中（这里之所以说是大部分是因为永久代是在方法区中实现）。
方法区（Method Area）：方法区保存了类型信息、常量、静态变量等数据，运行时常量池是方法区的一部分。Java7在方法区上实现了“永久代”，Java8后就没有“永久代”这个概念了，而是使用“元空间”替代之。

我们可以在执行Java程序之前指定参数来改变JVM内存区域的大小及行为，常用的参数如下：

-Xmnsize：设置堆的新生代（nursery）的最大空间与初始空间，如：java -Xmn256m Hello。它等价于-XX:NewSize。
-Xmssize：设置堆的最小空间与初始空间，如：java -Xms6m Hello。它部分等价于-XX:InitalHeapSize（设置堆的初始空间）。
-Xmxsize：设置堆的最大空间，如：java -Xmx80m Hello。它等价于-XX:MaxHeapSize。Xms与Xmx一般设置成相同的值。
-Xsssize：设置线程栈的空间，如：java -Xss1m Hello。它等价于-XX:ThreadStackSize。

当Java程序无法申请到足够的内存时，便会抛出内存溢出异常（OutofMemoryError，OOM）。OOM可以发生在Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆及方法区，换言之，除了程序计数器的其它所有JVM内存区域都可能发生OOM异常。

当Java程序请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，便会抛出栈溢出异常（StackOverflowError）。根据描述可以知道，栈溢出异常一般只会发生在Java虚拟机栈和本地方法栈。

各JVM内存区域可能会遇到异常的场景如下所示：

场景	异常	原因
无节制地创建对象	堆的内存溢出异常	对象在堆中分配空间，对象过多可能会导致堆空间不足
递归调用，并且永不退出	栈的栈溢出异常	方法调用会执行入栈操作，递归调用而不退出会无限入栈，导致栈深度过大
无节制地定义大量局部变量	栈的内存溢出异常	局部变量在局部变量表中分配空间，局部变量表位于栈，局部变量过多可能会导致栈空间不足
无节制地创建线程	栈的内存溢出异常	创建线程所需的栈空间固定，线程越多，所需的栈空间也就越大，线程过多可能会导致栈空间不足
无节制地分配直接内存	直接内存的内存溢出	可使用的直接内存为物理总内存减去虚拟机分配的内存，直接内存可能会被用尽

参考文档