做有關 Java 程序的開發(fā)一定知道Java的內存自動管理，不用再像 C/C++ 程序那樣手動控制（分配和釋放）內存。開發(fā)人員可以把更多的精力放到業(yè)務的開發(fā)上面，但是這種內存的自動管理功能有利也有弊，當程序出現(xiàn)內存泄漏或內存溢出的問題時，如果不熟悉 Java 虛擬機（JVM - Java Virtual Machine）的內存模型，往往很難排查問題的根源。

掌握 Java 虛擬機的相關知識可以說是中級程序員必備的一項技能。另一方面，Java 虛擬機作為面試官的必問題目，熟悉相關的知識也是不錯的充電和儲備。

本文包括了 Java 虛擬機的內存區(qū)域和有關異常的內容。

運行時數(shù)據(jù)區(qū)

JVM 在運行的時候會把祂管理的內存劃分為幾個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，這些區(qū)域都有各自的用于，以及創(chuàng)建和銷毀時間。

根據(jù)《Java 虛擬機規(guī)范》的定義，JVM 管理的內存將包括以下幾個區(qū)域

JVM 內存區(qū)域

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器是一塊較小的內存空間，可以看作是當前 線程 所執(zhí)行的字節(jié)碼的 行號 指示器。這句話不太好懂，個人理解，程序計數(shù)器其實就是用來記錄 每個線程 執(zhí)行到什么地方了，程序計數(shù)器是 線程私有 的，及內個線程擁有自己的內存空間，如上圖所示，程序計數(shù)器屬于 線程隔離數(shù)據(jù)區(qū)。

• 如果線程正在執(zhí)行的是一個 Java 方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址
• 如果線程正在執(zhí)行的是一個本地（Native）方法，這個計數(shù)器的值則為 未定義（Undefined）

Java 虛擬機棧

和程序計數(shù)器一樣，Java 虛擬機棧也是 線程私有 的，它的生命周期與線程相同，隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建，銷毀而銷毀。
虛擬機棧描述的是 Java方法 執(zhí)行的內存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個 棧幀（Stack Frame） 用于存儲 局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口 等信息。每個方法從調用到執(zhí)行完成的過程，就對應一個 棧幀 在 虛擬機棧 中入棧和出棧的過程。

該內存區(qū)域會拋出兩種異常：

• 如果線程請求的棧深度大于虛擬機允許的深度，將拋出 StackOverflowError 異常。
• 如果虛擬機棧可以動態(tài)擴展，如果擴展時無法申請到足夠的內存，將拋出 OutOfMemoryError 異常。

下面通過代碼來演示

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

運行以上代碼將會得到 java.lang.StackOverflowError

本地方法棧

本地方法棧 與 Java 虛擬機棧非常相似，只不過不是執(zhí)行的 Java 方法，而是 本地方法。最常見的 JVM 實現(xiàn) HotSpot，將 Java虛擬機棧 和 本地方法棧 合二為一，即為同一內存區(qū)域。

Java 堆

Java 堆

• 堆（Heap） 應該是大家接觸的最多一個內存區(qū)域，也是 JVM 中管理內存最大的一塊。
• 堆 是 線程共享 的內存區(qū)域，即每個線程都可以訪問到該內存區(qū)域。
• 堆 的唯一作用就是用來存放 Java 程序中的 對象（實例）
• 堆 也是 垃圾收集器 管理的主要區(qū)域，有時也會被稱為 GC堆
• 堆還可以劃分為：新生代 和 老年代
• 新生代還可以劃分為：Eden 空間、From Survivor 空間 和 To Survivor 空間
• 堆 中還可以劃分出多個 線程私有 的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）
• 劃分空間的作用時為了更有效的進行垃圾回收，不論怎樣劃分，堆 內存空間里面存儲的都是 對象（實例）
• 如果堆中沒有內存再分配新的對象時，會拋出 OutOfMemoryError 異常

下面通過代碼來演示

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

運行以上代碼將會得到

Java 堆異常

方法區(qū)

方法區(qū)

• 與 堆 一樣 方法區(qū) 也是 線程共享 的內存區(qū)域
• 該區(qū)域存儲 已加載的類信息、常亮、靜態(tài)變量、即時編譯器（JIT）編譯后的代碼 等數(shù)據(jù)
• 當方法區(qū)中沒有內存再分配新的對象時，會拋出 OutOfMemoryError 異常
• 方法區(qū)中有一部分是 運行時常量池，該區(qū)域用于存放編譯時期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載以后存放于方法區(qū)的 運行時常量池 中

HotSpot 虛擬機

上面介紹了 JVM 運行時數(shù)據(jù)區(qū)，我們通過下面的圖再回顧一下

JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

這些都是 JVM 規(guī)范所定義的，接下來說一說業(yè)界用的最多的 JVM 實現(xiàn) -- HotSpot 的相關內容

關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 系統(tǒng)下會打印出以下內容

$ 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 系統(tǒng)下會打印出以下內容

$ 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)

資料來源：周志明 ——《深入理解 Java 虛擬機》