在学习JVM的时候，其中最重要也是最基础的一部分就是了解JVM对内存的划分设计。我们知道Java通过GC来自动管理内存，这样的好处是我们不需要时刻关心内存的回收，但是这不代表我们就一劳永逸，我们仍然需要学习JVM的内存管理，了解JVM的内存区域划分，知道内存溢出的问题所在，能够排错。

在Java程序中，虽然有GC为我们管理对象，回收内存，但是程序实践中仍然会发生内存溢出等问题，这些问题源于JVM对内存的管理。JVM全称Java Virtual Machine，它是运行在操作系统之上的一个虚拟机程序，它的作用是执行Java字节码程序，管理Java程序的内存。JVM管理的内存通常被分为以下几个部分：

• 程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈
• 堆，方法区

我习惯这样去分类，程序计数器、虚拟机栈以及本地方法栈是线程隔离的，而堆与方法区是虚拟机中所有java程序共享的。下面就挨个介绍这些内存区域的概念。

一、程序计数器

程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器。重点如下：

• 每个线程都有独立的程序计数器
• 执行Java方法时候，程序计数器记录虚拟机字节码指令的地址；执行本地方法时，程序计数器为空
• 程序计数器不会出现内存溢出等问题

字节码解释器在工作时通过改变程序计数器的值来执行字节码指令，完成程序的分支、循环、跳转、异常、线程恢复等功能。

二、虚拟机栈

虚拟机栈首先是一个栈，它描述Java方法执行的内存模型。

每个Java在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储方法执行的一些信息，方法的调用和执行完成对应于虚拟机栈中栈帧的入栈和弹栈过程。

• 局部变量表中存储编译器可知的基本数据类型、对象引用类型、returnAddress类型。局部变量表的内存空间在编译期完成分配，运行期这部分内存空间是完全确定的。
• 在虚拟机栈中可能出现StackOverflowError，即线程请求的栈深度大于虚拟机允许的最大深度，主要是由递归程序引起。
• 在虚拟机栈中也可能出现OutOfMemoryError，即虚拟机栈在扩展时无法申请到足够的内存。

三、本地方法栈

类似虚拟机栈，用于描述本地方法的内存模型。在本地方法栈中可以使用其他语言和数据结构，取决于具体的虚拟机实现。

• 本地方法栈中也可能出现StackOverflowError和OutOfMemoryError
• 在HotSpot虚拟机中，本地方法栈和虚拟机栈两块内存合二为一

四、堆

堆是JVM中用于存放对象实例的内存区域。在虚拟机规范中描述：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。堆内存是所有线程共享的，意味着JVM中的对象实例基本上都在堆上存放。

它也是GC的主要区域，所以根据不同的GC算法，堆内存也会有不同的划分：

• 分代收集算法中，堆内存划分为新生代和老年代
• 复制算法中，新生代往往还会划分为1块Eden空间和2块Survivor空间。

既然是存放对象实例的内存区域，堆也可能会产生内存溢出的问题，当堆无法扩展时会抛出OutOfMemoryError。

五、方法区

方法区也是线程共享的内存区域，它存储JVM加载的数据(类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等)

• 方法区中存放的信息主要是静态不变的，但是有的虚拟机也会在方法区中实现GC，用来回收无用的常量和类型。
• 另外，方法区在无法满足内存扩展时，也会抛出OutOfMemoryError
• 在方法区中，运行时常量池比较重要，它主要用于存放编译期类文件生成的字面量和符号引用。类文件中的信息包含类的版本，字段，方法，接口以及常量池部分。

六、直接内存

直接内存并不是JVM所控制管理的内存，它属于JVM之外的内存区域，可以通过JVM内存里的对象来引用外部内存。在书中提到了一个例子，NIO中可以通过本地函数库来直接分配外部内存，然后通过堆中的DirectByteBuffer对象来作为该内存的引用进行操作，可以在一些场景中提高性能。

• 因为同属内存，虽然直接内存不归JVM管理，但是仍然收到物理内存的限制，因此在动态扩展时一旦物理内存不够用，也会抛出OutOfMemoryError

总结

• 在Java程序中，内存分为JVM管理的内存和直接内存
• JVM管理的内存区域划分为几个运行时数据区：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区
• 程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈是线程隔离的
• 堆和方法区是线程共享的
• 程序计数器不会发生内存溢出问题；虚拟机栈和本地方法栈会发生栈溢出(StackOverflowError)和内存溢出(OutOfMemoryError)问题；堆和方法区、直接内存会发生内存溢出问题
• 方法区中有一块运行时常量池，类加载后常量池中的内容(字面量，符号引用)等都会被存放在运行时常量池中