1.概述
对于Java开发人员来说，在JVM自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码(回收内存代码)，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，程序员通常不需要深入了解JVM就可以开发出大型的应用和类库。
正因为控制权全部交给了JVM虚拟机，一旦出现内存溢出或内存泄漏问题，开发人员如果不了解虚拟机中的内存区域分布，那么就很难解决现实中一些常见的问题，如OutOfMemoryError、StackOverflowError等。
2.JVM内存区域分布
在Java程序执行的过程中，JVM将内存分为若干个不同的区域。有的区域随着虚拟机进程的启动一直存在(线程共享/共有)，有些区域随着用户线程的启动和结束而建立和销毁(线程私有)。JVM内存区域分布大致如下(程序计数器是一块较小的内存空间，图中只是为了方便归类，所以画得比较大)：
注意：HotSpot虚拟机将虚拟机栈和本地方法栈合二为一。
2.1 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执行的字节码行号指示器(.java源文件会被编译器编译成二进制的.class字节码文件)。字节码解释器就是通过改变这个计数器的值来选取下一条要执行的字节码指令。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等都需要依赖这个计数器完成。
为了线程切换后能恢复到正确的位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各个线程之间互不影响，这类内存区域称为“线程私有”。其他线程私有的内存区域还包括虚拟机栈、本地方法栈。
如果线程正在执行的是一个Java方法，该计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地(Native)方法，该计数器值则应为空(Undefined)。
注意：程序计数器是JVM中唯一一块没有定义任何OutOfMemoryError的内存区域。
2.2 虚拟机栈
与程序计数器一样，虚拟机栈也是“线程私有”的一块内存区域，生命周期与线程相同。每个方法在执行的时候，JVM都会为该方法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。每个方法从执行开始到结束的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。
局部变量表：方法中声明的局部变量，包括基本数据类型，引用类型等。
操作数栈：加、减、乘、除等操作。
动态链接：对对象的引用地址。
方法出口：返回数据等。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、引用类型(reference类型)和returnAddress类型(退出方法的指令地址)。这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽(Slot)表示，其中64位长度的long和double类型数据会占用两个变量槽，其余数据类型只占用一个。
局部变量表所需的内存空间在编译期间就已经完成分配，当进入一个方法时，这个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。注意，这里说的“大小”是指变量槽的数量，虚拟机真正使用多大的内存空间(例如32比特、64比特)来实现一个变量槽，完全是由具体的虚拟机自行。
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Java虚拟机栈容量可以动态扩展(HotSpot虚拟机不允许)，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
2.3 本地方法栈
本地方法栈的作用与虚拟机栈相同，区别是虚拟机栈对应的是JVM执行Java方法服务，而本地方法栈对应的是JVM执行本地方法服务(例如本地C++编写的方法)。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
注意：HotSpot虚拟机将虚拟机栈和本地方法栈合二为一。
2.4 堆
堆是JVM中较大的一块内存区域，通常也称为GC堆(Garbage Collected Heap)，是垃圾收集器主要工作的一块区域。Java堆是线程共享的一块区域，该区域的主要作用就是存放对象的实例。在《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述是：所有对象的实例和数组都应该在堆上分配。
在启动Java程序时，Java堆既可以设置成固定大小(通过参数-Xmx和-Xms设定)，也可以是可扩展的。如果不指定参数的话，默认就是可扩展的。
创建对象的时候，如果在Java堆中没有多余内存完成实例分配，并且Java堆也无法进行扩展时，JVM将抛出OutOfMemoryError异常(内存溢出)。
2.5 方法区
方法区也是线程共享的一块区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量(final关键字修饰的变量)、静态变量(static关键字修饰的变量)、即时编译器编译后的代码等信息(各种字面量和符号引用)。
在JDK8以前，JVM使用永久代来实现方法区。但并非数据进入了方法区就如同名字一样永久存在，该区域的主要回收目标是针对类型的卸载和常量池的回收。从JDK8开始JVM取消了永久代的概念，改为使用元空间来代替。
根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
2.6 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表，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
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，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，例如使用的比较多的就是String类的intern()方法。
运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制。当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
2.7 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。但这部分内存也会被频繁使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所以放到这里一起讲解。
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，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能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。
显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但既然是内存，肯定还是会受到本机总内存大小的限制。一般管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
