JVM运行时数据区

JVM运行时数据区域

根据 JVM 规范，JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。

内存空间(Runtime Data Area)中可以按照是否线程共享分为两块，线程共享的是方法区(Method Area)和堆(Heap)，线程独享的是虚拟机栈(VM Stack)，本地方法栈(Native Method Stack)和PC寄存器(Program Counter Register)。

具体参见下图：

区域	是否线程共享	是否会内存溢出
程序计数器	否	不会
虚拟机栈	否	会
本地方法栈	否	会
堆	是	会
方法区	是	会

虚拟机栈（线程私有）
每个线程有一个私有的栈，随着线程的创建而创建。栈里面存放着一种叫做“栈帧”的东西，每个方法在执行的时候会创建一个栈帧，存储了局部变量表(基本数据类型和对象引用)，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。每个方法从调用到执行完毕，对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。通常所说的栈，一般是指虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表所需的内存在编译期间完成分配。栈的大小可以固定也可以动态扩展，当扩展到无法申请足够的内存，则OutOfMemoryError。当栈调用深度大于JVM所允许的范围，会抛出StackOverflowError的错误，不过这个深度范围不是一个恒定的值，我们通过下面这段程序可以测试一下这个结果：
```
// 栈溢出测试源码
package com.paddx.test.memory;
/** * Created by root on 2/28/17. */
public class StackErrorMock {
    private static int index = 1;

    public void call() {
        index++;
        call();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StackErrorMock mock = new StackErrorMock();
        try {
            mock.call();
        } catch(Throwable e) {
            System.out.println("Stack deep: " + index);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
```
运行三次，可以看出每次栈的深度都是不一样的，输出结果如下：

查看三张结果图，可以看出每次的Stack deep值都有所不同。究其原因，就需要深入到JVM的源码中才能探讨，这里不作赘述。虚拟机栈除了上述错误外，还有另一种错误，那就是当申请不到空间时，会抛出OutOfMemoryError。这里有一个小细节需要注意，catch捕获的是Throwable，而不是Exception，这是因为StackOverflowError和OutOfMemoryError都不属于Exception的子类。
本地方法栈（线程私有）
和虚拟机栈类似，主要为虚拟机使用到的Native方法服务。也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。
PC寄存器（线程私有）
PC寄存器，也叫程序计数器。JVM支持多个线程同时运行，每个线程都有自己的程序计数器。倘若当前执行的是JVM方法，则该寄存器中保存当前执行指令的地址；倘若执行的是native方法，则PC寄存器为空。这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
堆（线程共享）
堆内存是JVM所有线程共享的部分，在虚拟机启动的时候就已经创建。和程序开发密切相关，应用系统对象都保存在Java堆中。所有的对象和数组都在堆上进行分配。这部分空间可通过GC进行回收。对分代GC来说，堆也是分代的，是GC的主要工作区间。当申请不到空间时，会抛出OutOfMemoryError。下面我们简单的模拟一个堆内存溢出的情况：
```
package com.paddx.test.memory;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/** * Created by root on 2/28/17. */
public class HeapOomMock {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>();
        int i = 0;
        boolean flag = true;
        while(flag) {
            try {
                i++;
                list.add(new byte[1024 * 1024]); // 每次增加1M大小的数组对象
            }catch(Throwable e) {
                e.printStackTrace();
                flag = false;
                System.out.println("Count = " + i); // 记录运行的次数
            }
        }
    }
}
```
首先配置运行时虚拟机的启动参数：

然后运行代码，输出结果如下：

注意，这里我们指定了堆内存的大小为16M，所以这个地方显示的Count=13(这个数字不是固定的)，至于为什么会是13或其他数字，需要根据GC日志来判断。
方法区（线程共享）
方法区也是所有线程共享的。主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。
这个区域的内存回收目标主要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，则抛出OutOfMemoryError异常。
在HotSpot虚拟机中，用永久代来实现方法区，将GC分代收集扩展至方法区，但是这样容易遇到内存溢出的问题。
JDK1.7中，已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。
JDK1.8撤销永久代，引入元空间。