做有关 Java 程序的开发一定知道Java的内存自动管理，不用再像 C/C++ 程序那样手动控制（分配和释放）内存。开发人员可以把更多的精力放到业务的开发上面，但是这种内存的自动管理功能有利也有弊，当程序出现内存泄漏或内存溢出的问题时，如果不熟悉 Java 虚拟机（JVM - Java Virtual Machine）的内存模型，往往很难排查问题的根源。

掌握 Java 虚拟机的相关知识可以说是中级程序员必备的一项技能。另一方面，Java 虚拟机作为面试官的必问题目，熟悉相关的知识也是不错的充电和储备。

本文包括了 Java 虚拟机的内存区域和有关异常的内容。

运行时数据区

JVM 在运行的时候会把祂管理的内存划分为几个不同的数据区域，这些区域都有各自的用于，以及创建和销毁时间。

根据《Java 虚拟机规范》的定义，JVM 管理的内存将包括以下几个区域

JVM 内存区域

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。这句话不太好懂，个人理解，程序计数器其实就是用来记录 每个线程 执行到什么地方了，程序计数器是 线程私有 的，及内个线程拥有自己的内存空间，如上图所示，程序计数器属于 线程隔离数据区。

• 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
• 如果线程正在执行的是一个本地（Native）方法，这个计数器的值则为 未定义（Undefined）

Java 虚拟机栈

和程序计数器一样，Java 虚拟机栈也是 线程私有 的，它的生命周期与线程相同，随着线程的创建而创建，销毁而销毁。
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。每个方法从调用到执行完成的过程，就对应一个 栈帧 在 虚拟机栈 中入栈和出栈的过程。

该内存区域会抛出两种异常：

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，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，将抛出 OutOfMemoryError 异常。

下面通过代码来演示

public class StackOverflowTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Test().stackOverflow();
    }
    private static class Test {
        public void stackOverflow() {
            stackOverflow();
        }
    }
}

运行以上代码将会得到 java.lang.StackOverflowError

本地方法栈

本地方法栈 与 Java 虚拟机栈非常相似，只不过不是执行的 Java 方法，而是 本地方法。最常见的 JVM 实现 HotSpot，将 Java虚拟机栈 和 本地方法栈 合二为一，即为同一内存区域。

Java 堆

Java 堆

• 堆（Heap） 应该是大家接触的最多一个内存区域，也是 JVM 中管理内存最大的一块。
• 堆 是 线程共享 的内存区域，即每个线程都可以访问到该内存区域。
• 堆 的唯一作用就是用来存放 Java 程序中的 对象（实例）
• 堆 也是 垃圾收集器 管理的主要区域，有时也会被称为 GC堆
• 堆还可以划分为：新生代 和 老年代
• 新生代还可以划分为：Eden 空间、From Survivor 空间 和 To Survivor 空间
• 堆 中还可以划分出多个 线程私有 的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）
• 划分空间的作用时为了更有效的进行垃圾回收，不论怎样划分，堆 内存空间里面存储的都是 对象（实例）
• 如果堆中没有内存再分配新的对象时，会抛出 OutOfMemoryError 异常

下面通过代码来演示

public class OutOfMemoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> strings = new ArrayList<>();
        while (true) {
            strings.add("");
        }
    }
}

运行以上代码将会得到

Java 堆异常
注意：异常错误信息中显示了内存溢出的区域为：Java heap space 即 Java 堆内存空间

方法区

方法区

• 与 堆 一样 方法区 也是 线程共享 的内存区域
• 该区域存储 已加载的类信息、常亮、静态变量、即时编译器（JIT）编译后的代码 等数据
• 当方法区中没有内存再分配新的对象时，会抛出 OutOfMemoryError 异常
• 方法区中有一部分是 运行时常量池，该区域用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载以后存放于方法区的 运行时常量池 中

HotSpot 虚拟机

上面介绍了 JVM 运行时数据区，我们通过下面的图再回顾一下

JVM运行时数据区

这些都是 JVM 规范所定义的，接下来说一说业界用的最多的 JVM 实现 -- HotSpot 的相关内容

关于如何查看使用的是什么 JVM 可以使用如下命令

java -version

如在 Windows 系统下会打印出以下内容

$ java -version
java version "1.8.0_191"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_191-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)

在 Linux 系统下会打印出以下内容

$ java -version
openjdk version "1.8.0_171"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_171-b10)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.171-b10, mixed mode)

资料来源：周志明 ——《深入理解 Java 虚拟机》