本文将介绍Java虚拟机内存的各个区域，很多知识来源于《深入理解Java虚拟机》这一本书。有兴趣的同学可以在网上或者是书店获得相应的资源，我看的这本书还是第二版，因此有些地方还没有更新，比如说元空间的出现，G1的出现等等，在后续文章将会提及（如果还有后续文章的话，哈哈哈）。
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会将所管理的内存划分为若干个区域，这些区域有各自的生命周期。Java虚拟机所管理的内存包含多个运行时数据区域。
程序计数器
程序计数器是内存中较小的一个内存空间，可以被看作当前线程所执行的字节码行号指示器。由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配cpu处理时间的方式来实现的，为了记录每一条线程的执行，需要给每条线程都设置一个独立的程序计数器。各线程之间的计数器互不影响，独立存储，是属于线程私有的。
程序计数器记录的数据是不同的，当线程执行的是一个Java方法，记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址；当线程执行的是一个本地方法，记录的是Undefined。
值得注意的是：程序计数器是内存区域唯一一个不会发生OutOfMemoryError的区域。
Java虚拟机栈
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法都会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。Java虚拟机栈是虚拟机栈中的局部变量表部分，存储各种基本数据类型，对象引用类型和returnAddress类型（字节码指令地址）。 与程序计数器一样，Java虚拟机栈属于线程私有。
注意：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所运行的深度(换句话说，不断调用方法、方法庞大，栈空间不够用)将抛出StackOverflowEorror异常；如果虚拟机栈动态扩展空间时发现无法申请到足够的内存（栈默认大小为512k-1024k）将抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈
本地方法栈作用与虚拟机栈的作用是十分相似，区别在于虚拟机栈是为Java方法服务，本地方法栈是为native方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowEorror异常和OutOfMemoryError异常。
方法区 方法区是用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据，是所有线程共享区域，不需要连续内存还可以选择不实现垃圾收集（并不意味不实现垃圾回收）。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。运行时常量池运行时常量是方法区的一部分，存放编译期生成的各种字面量和符号引用。当常量池无法申请到内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
Java8 已经使用元空间代替方法区
元空间
Java8 使用元空间代替永久代，绝大多数的类元数据的空间都从本地内存中分配。分配了多个虚拟内存空间给每个类加载器分配一个内存块的列表，块的大小取决于类加载器的类型; sun/反射/代理对应的类加载器的块会小一些 。当运行期间生成了大量的类并且这些类全部存活，没有被回收机制回收，导致方法区内存空间不足将抛出OutOfMemoryError异常。
永久代为什么被替换了 ，为什么使用元空间替换永久代？
表面上看是为了避免OOM异常。因为通常使用PermSize和MaxPermSize设置永久代的大小就决定了永久代的上限，但是不是总能知道应该设置为多大合适, 如果使用默认值很容易遇到OOM错误。
当使用元空间时，可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。
更深层的原因还是要合并HotSpot和JRockit的代码，JRockit从来没有所谓的永久代，也不需要开发运维人员设置永久代的大小，但是运行良好。同时也不用担心运行性能问题了,在覆盖到的测试中, 程序启动和运行速度降低不超过1%，但是这点性能损失换来了更大的安全保障。
堆
堆是内存管理中最大的一块，被所有的线程共享，在虚拟机启动时就创建，存放所有的对象实例以及数组。Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上时连续即可。如果堆没有内存完成实例分配，并且堆无法在扩展时（换句话说就是堆内存不够用，不断new实例对象，或者分配一个超大空间给对象）抛出OutOfMemoryError异常。（Java堆、内存回收，会在后文给出）
直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的 一部分，也不是虚拟定义的内存区域，但是这部分频繁使用，当各内存区域总和大于物理内存限制，动态扩展将会抛出OutOfMemoryError异常。直接内村分配不会受到Java堆大小的限制，但是受本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
OutOfMemoryError异常
Java堆内存溢出 OutOfMemoryError：Java heap space
Java堆是用于存放对象实例，只要不断New对象或者New一个超大的对象，同时保证这些对象都是活的（不会被垃圾回收机制清理）那么对象所占空间超过堆最大容量限制就会产生内存溢出异常。
当出现 OutOfMemoryError：Java heap space时，首先要分析出到底是内存泄漏还是内存溢出：如果是内存泄漏，查看泄漏对象到GC Roots的引用链，可以定位到泄漏代码的位置；如果是内存溢出，确定虚拟机堆是否可以扩展，机器物理内存是否可以扩展，对象生命周期是否过长，持有状态时间是否过长。
VM Args: -Xms 堆最小值 -Xmx 堆最大值
虚拟机栈和本地方法栈溢出 StackOverflowEorror
虚拟机栈和本地方法栈是用于存放方法，如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，抛出StackOverflowEorror异常；如果虚拟机在扩展栈无法申请到足够大小的内存空间，抛出OutOfMemoryError异常。
当出现StackOverflowEorror时，先要考虑过多线程导致导致栈溢出，还是栈深度太深；要么减少线程，要么减少最大堆和栈容量。
VM Args: -Xss 栈容量
方法区和运行时常量池溢出 OutOfMemoryError：PermGen space（持久代已经被元空间取代，不会出现这个异常）
元空间溢出 OutOfMemoryError：MetaSpace
元空间是用于存放虚拟机加载的类信息、字符串常量代替了方法区中的持久代，如果大量的类生成，且不被回收，造成空间不足，抛出OutOfMemoryError异常。
当出现OutOfMemoryError：MetaSpace，考虑是否设置的元空间初始大小，确定元空间是否可以扩展，类生命周期是否过长，持有状态时间是否过长。
VM Args: -XX:MaxMetaspaceSize 元空间的最大值 -XX:MetaspaceSize 元空间的初始大小
本地直接内存溢出 OutOfMemoryError：Direct buffer memory
当出现OutOfMemoryError：Direct buffer memory ，是否直接或间接使用了 nio，MaxDirectMemorySize初始值大小， JVM 参数里面有 -XX:+DisableExplicitGC 。
VM Args -XX:MaxDirectMemorySize最大本地直接内存
关于OutOfMemoryError异常的问题，在日后开发中遇到新的问题，将会再次把相关知识，产生原因，解决方法详细写出。有关于Java虚拟机内存管理机制已经初步阐述完毕，如果有错误，不全或者观点不正确，请及时告知，一起探讨。
