Java内存区域与内存溢出异常

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”。

Java将内存控制的权利交给了Java虚拟机，一旦出现内存泄露和溢出问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误将会成为一项异常艰难的工作。

下面将从概念上介绍Java虚拟机内存的各个区域，说明这些区域的作用、服务对象以及其中可能产生的问题。虚拟机所管理的内存包括以下几个运行时数据区域，如下图所示：

1.程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是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选取下一条需要执行的字节码指令。

每条线程都需要有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。

该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。

2.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的，生命周期和线程相同。

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和出栈的过程。

局部变量表存放了编译时期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。局部变量所需的内存空间在编译时期完成分配，当进入一个方法时，该方法需要在栈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。

Java虚拟机规范中对该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，

如果扩展时无法申请到足够的内存，就将会抛出OutOfMemoeyError异常。

3.本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，它们之间的区别是：虚拟机栈为虚拟机执行Java(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoeyError异常。

4.Java堆

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。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。Java堆可以在物理上处于不连续的内存空间中，只有逻辑上是连续的即可。

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

方法区和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。

和Java堆一样，方法区可以在物理上处于不连续的内存空间中，只有逻辑上是连续的即可，还可以选择不实现垃圾收集。该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，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6. 运行时常量池

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。

一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

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语言并不要求常量一定只有编译期才能产生。

７.直接内存

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，但是该内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK 1.4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。这样可以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。