Java内存区域与内存溢出异常--运行时数据区

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”。

C、C++程序开发在内存管理区域，既拥有每一个对象的“所有权”，又担负着每一个对象声明开始到终结的责任，而Java在虚拟机自动管理机智的帮助下，不需要为每一个new操作去写配对的delete/free操作，不容易发生内存泄漏和内存溢出问题，但是一旦出现，处理起来可能会很困难

1.运行时数据区域

java虚拟机在执行java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途，创建以及销毁的时间。

①程序计数器：

 是一块比较小的内存空间，他可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，在虚拟机的概念模型里，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，线程回复等基础功能都依赖计数器完成

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，任一时刻，一个处理器上只能执行一个线程上的指令，那么如何保证切换到一个线程后恢复到正确的位置？这时也需要计数器，每个线程都由一个独立的计数器，各个线程的计数器之间互不影响，独立存储，这类内存区域称为“线程私有的”内存！

如果执行的是java方法，计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址，如果执行的Native方法（  简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。这个特征并非java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋编译器去调用一个C的函数。），则计数器为空

 这个内存区域是虚拟机中唯一没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

②Java虚拟机栈：

   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：每个方法在执行时都会创建一个栈帧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，就对应一个栈帧在虚拟机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数据类型、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）  64位的长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余类型会占据 一个局部变量空间，局部变量空间所需的内存空间在编译期就会分配，因此，进入一个方法以后，这个方法在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，因此方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

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看一个例子

这段代码会输出0。

int i=0； i=i++;

Java虚拟机栈（JVM Stack）描述的是Java方法执行的内存模型，而JVM内存模型是基于“栈帧”的，每个栈帧中都有
局部变量表
和
操作数栈
（还有动态链接、return
address等），那么JVM是如何执行这个语句的呢？通过javap大致可以将上面的两行代码翻译成如下的JVM指令执行代码。

0: iconst_0

1: istore_1

2: iload_1

3: iinc          1, 1

6: istore_1

7: iload_1

接下来分析一下JVM是如何执行的:

第0：将int类型的0入栈，就是放到操作数栈的栈顶

第1：将操作数栈栈顶的值0弹出，保存到局部变量表 index
（索引）值为1的位置。（局部变量表也是从0开始的，0位置一般保存当前实例的this引用，当然静态方法例外，因为静态方法是类方法而不是实例方法）

第2：将局部变量表index 1位置的值的副本入栈。（这时局部变量表index为1的值是0，操作数栈顶的值也是0）

第3：iinc是对int类型的值进行自增操作，后面第一个数值1表示，局部变量表的index值，说明要对此值执行iinc操作，第二个数值1表示要增加的数值。（这时局部变量表index为1的值因为执行了自增操作变为1了，但是操作数栈中栈顶的值仍然是0）

第6：将操作数栈顶的值弹出（值0），放到局部变量表index为1的位置（旧值：1，新值：0），覆盖了上一步局部变量表的计算结果。

第7：将局部变量表index 1位置的值的副本入栈。（这时局部变量表index为1的值是0，操作数栈顶的值也是0）

总结：从执行顺序可以看到，这里第1和第6执行了2次将0赋值给变量i的操作（=号赋值），i++操作是在这两次操作之间执行的，自增操作是对局部变量表中的值进行自增，而栈顶的值没有发生变化，这里需要注意的是保存这个初始值的地方是操作数栈而不是局部变量表，最后再将栈顶的值覆盖到局部变量表i所在的索引位置中去。

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如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常，如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常

③本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别是虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，而本地方法栈虚拟机使用到的Native方法服务！

也会像虚拟机栈一样抛出两种异常

④Java堆

java的堆内存分为两块:permantspace（持久带） 和 heap space。

持久带中主要存放用于存放静态类型数据，如 Java Class, Method 等， 与垃圾收集器要收集的Java对象关系不大。

而heapspace分为年轻带和年老带 

年轻代的垃圾回收叫 Young GC， 年老代的垃圾回收叫 Full GC。

在年轻代中经历了N次（可配置）垃圾回收后仍然存活的对象，就会被复制到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象

年老代溢出原因有  循环上万次的字符串处理、创建上千万个对象、在一段代码内申请上百M甚至上G的内存

持久代溢出原因  动态加载了大量Java类而导致溢出

java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。java堆被所有线程共享的一块数据区域，在虚拟机启动时创建。

此内存区域的唯一目的就是存放实例！

java堆是垃圾收集器的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”

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。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，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

各个线程的共享区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即使编译器编译后的代码等数据。

方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出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，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后进入方法去的运行时常量池中存放！

当常量池无法再申请到内存时，也会抛出OutOfMemoryError异常。