1.堆（线程共享）（最大的一块区域）

2.Java虚拟机栈（线程私有）

3.本地方法栈（线程私有）

4.程序计数器（线程私有）

5.方法区（线程共享）

6.小结

PS：内存布局中的异常问题

①Java堆溢出

②虚拟机栈和本地方法栈溢出

JVM 运行时数据区域也叫内存布局。

但需要注意的是它和 Java 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM，是一种读写操作规范）完全不同，属于完全不同的两个概念。

它由以下5 大部分组成：

1.堆（线程共享）（最大的一块区域）

堆的作用：程序中创建的所有对象都保存在堆中。

我们常见的 JVM 参数设置 -Xms10m 最小启动内存是针对堆的，-Xmx10m 最大运行内存也是针对堆的。

【ms 是 memory start 简称，mx 是 memory max 的简称。】

-XX：标准参数设置。
-X：特定平台参数设置：

-Xms=最小的内存。
-Xmx=最大的内存。

堆里面分为两个区域：新生代和老生代，它们进行垃圾回收的频率、进行垃圾回收使用的策略是不一样的。

新生代放新建的对象。
当经过一定 GC 次数（HotSpot默认GC次数是15次）之后还存活的对象会放入老生代，大文件也会放入老生代。
新生代还有 3 个区域：一个 Endn【占新生代的80%】 + 两个 Survivor（S0/S1）【占新生代的20%，各占10%】。

垃圾回收的时候90%的对象是撑不过JVM第一轮垃圾回收的，会将 Endn 中存活的对象放到一个未使用的 Survivor 中，并把当前的 Endn 和正在使用的 Survivor 清除掉。这样性能很高的。

2.Java虚拟机栈（线程私有）

Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同。

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。

常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。

Java 虚拟机栈中包含了以下 4 部分：

局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型（8大基本数据类型）、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈。
动态链接：指向运行时常量池的方法引用。【字符串是放在字符串常量池中】
方法返回地址：PC 寄存器的地址。

什么是线程私有?

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现，因此在任何一个确定的时刻，一个处理器（多核处理器则指的是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。

因此为了切换线程后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

3.本地方法栈（线程私有）

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使用的，而本地方法栈是给本地方法【native方法，C++实现的】使用的。

4.程序计数器（线程私有）

程序计数器的作用：用来记录当前线程执行的行号的。

程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

如果当前线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。

程序计数器内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！

5.方法区（线程共享）

方法区的作用：用来存储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的。

在《Java虚拟机规范中》把此区域称之为“方法区”，而在 HotSpot 虚拟机的实现中，在 JDK 7 时此区域叫做永久代（PermGen），JDK 8 中叫做元空间（Metaspace）。

PS：永久代（PermGen）和元空间（Metaspace）是 HotSpot 中对《Java虚拟机规范》中方法区的实现，它们三者之间的关系就好比，对于一辆汽车来说它定义了一个部分叫做“动能提供装置”，但对于不同的汽车有不同的实现技术，比如对于燃油车来说，它的“动能提供装置”的实现技术就是汽油发动机（简称发动机），而对于电动汽车来说，它的“动能提供装置”的实现就是电动发动机（简称电机），发动机和电机就相当于永久代和元空间一样，它是对于“制动器”也就是方法区定义的实现。

JDK 1.8 元空间的变化

对于 HotSpot 来说，JDK 8 元空间的内存属于本地内存，这样元空间的大小就不受 JVM 最大内存的参数影响了，而是与本地内存的大小有关。
JDK 8 中将字符串常量池移动到了堆中。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量与符号引用。

字面量：字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。
符号引用：类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

6.小结

人为设置参数导致OOM。
内存溢出导致OOM。

PS：内存布局中的异常问题

①Java堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免 GC 清除这些对象，那么在对象数量达到最大堆容量后就会产生内存溢出异常。

可以设置JVM参数-Xms:设置堆的最小值、-Xmx:设置堆最大值。

下面来看一个Java堆OOM的测试：

创建Test类：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    static class MyOOMClass {
        public byte[] bytes = null;

        public MyOOMClass() {
            bytes = new byte[1 * 1024 * 1024];
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(new MyOOMClass().bytes);
            System.out.println("----------i:" + i);
        }
    }
}

运行Test类，出现Test：

设置 Idea 的启动参数：

运行Test类：

由于JDK里还有很多内置的对象，它们会在JVM启动时就加载，也会放在堆中，也会占用一定的空间。

所以实际的程序大小是达不到设置的10mb的。

Java堆内存的OOM异常是实际应用中最常见的内存溢出情况。

当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError"会进一步提示"Java heap space"。

当出现"Java heap space"则很明确地告知我们，OOM发生在堆上。

此时要对Dump出来的文件进行分析，以MAT为例。分析问题的产生到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow) ：

内存泄漏：泄漏对象无法被GC。
内存溢出：内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相比较检查是否还应该把JVM 堆内存调大；或者检查对象的生命周期是否过长。

以上是处理Java堆内存的简单方法，处理具体这类问题需要的工具以及知识后面博客会再具体介绍。

去掉参数设置，再次运行：

②虚拟机栈和本地方法栈溢出

由于我们HotSpot虚拟机将虚拟机栈与本地方法栈合二为一，因此对于HotSpot来说，栈容量只需要由Xss参数来设置。

关于虚拟机栈会产生的两种异常：

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，会抛出StackOverFlow异常。
如果虚拟机在拓展栈时无法申请到足够的内存空间，则会抛出OOM异常。

范例一：观察StackOverFlow异常（单线程环境下）

/**
* JVM参数为:-Xss128k 
*
*/
public class Test {
    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        try {
            test.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("Stack Length: "+test.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

出现StackOverflowError异常时有错误堆栈可以阅读，比较好找到问题所在。

如果使用虚拟机默认参数，栈深度在多数情况下达到1000-2000完全没问题，对于正常的方法调用（包括递归），完全够用。

如果是因为多线程导致的内存溢出问题，在不能减少线程数的情况下，只能减少最大堆和减少栈容量的方式来换取更多线程。

范例二：观察多线程下的内存溢出异常

/**
* JVM参数为:-Xss2M 
* @author 38134
*
*/
public class Test {
    private void dontStop() {
        while(true) {
        }
    }

    public void stackLeakByThread() {
        while(true) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    dontStop(); 
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        test.stackLeakByThread();
    }
}

以上代码运行需谨慎，先记得保存手头所有工作。