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概述
对于Java程序员来说，在虚拟机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，不容易出现内存泄露和内存溢出问题，由虚拟机管理内存这一切看起来都很美好。不过，也正是因为Java程序员把内存控制的权利交给了Java虚拟机，一旦出现内存泄露和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误会成为一项异常艰难的工作。
运行时数据区
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
1、程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程回复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。（由于各线程之间的程序计数器互不影响，独立存储，所以这块内存区域为线程私有）。
此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
2、Java虚拟机栈
Java虚拟机栈（JAVA Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可预知的各种基本数据类型（8大基本数据类型）、对象引用（reference类型，它不等同于对象自身，我们可以理解他为指向某个对象地址的指针）。
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；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈，可通过-xss参数来调整堆栈的固定大小），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMermoryError异常。（单线程情况下，递归太深或者申请的局部变量表太大，都有可能抛出StackOverflowError异常，OutOfMermoryError异常通常情况下是线程过多，导致内存空间不足，申请不到足够的空间建立线程栈才会抛出，下面会详细说明）。
3、本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，但是本地方法栈是为虚拟机所使用到的Native方法服务。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，线程私有，也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
4、java堆
Java堆（Java heap）是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆”。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代（有的虚拟机也把方法区放在堆上，通常称为永久代）；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。（下节中对堆和垃圾回收进行详细讲解）。
Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间内，只要逻辑上是连续即可。在实现时，既可实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展的方式实现的（通过-Xmx参数来调整Java堆启动时的内存也就是最小内存，-Xms控制最大内存）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5、方法区
方法区（Method Area）也是线程共享的一块内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法去描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
根据官方的路线图信息，现在也有放弃永久代并逐步改为采用Native Memory来实现方法区的规划了，在JDK1.7中的HotSpot中，已经把原来放在永久代的字符串常量池移出。
Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，但是由于条件相当苛刻，回收“成绩”很难令人满意，但是这部分区域的回收确实是必要的。
当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
引申一个遇到的面试中的问题：为什么spring aop cglib方式比jdk方式效率高，spring却默认使用jdk方式来实现动态代理？
答：使用cglib是一种继承的方式来实现动态代理，继承方式来实现的话，需要为每一个需要增强的类生成对应的class，导致在方法区中占用大量的内存来存储cglib生成的class，从而引起OOM：PermGen space
6、运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）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（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载进入方法区的运行时常量池中存放。
既然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。
7、直接内存
直接内存（Direct Memory）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。但是这部分也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常。