運行時數據區域

• 程序計數器

  程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它的作用可以看做是當前線程所執行字節碼的行號指示器，在虛擬機概念模型中(僅是概念模型，各種虛擬機可能會通過一些更高效的方式去實現)，字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一跳需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要一欄這個計數器來完成。
  由於Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對於多核的處理器來說是一個內核）只會執行一條線程中的指令。因此，爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，個條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲，這塊區域是“線程私有”的內存。
  如果線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值爲空。此內存區域是唯一一個在Java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

• Java虛擬機棧

  Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
  在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：如果線程請求的棧的深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機棧可以動態擴展（當前大部分的Java虛擬機都可動態擴展，只不過Java虛擬機規範中也允許固定長度的虛擬機棧），當擴展時無法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

• 本地方法棧

  本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，其區別不過是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是位虛擬機是用到的Native方法服務。虛擬機規範中對本地方法棧的方法使用的語言、使用方式與數據結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它，甚至有的虛擬機直接把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。本地方法棧區域也會拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError異常。

• Java堆

  Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存。這一點在Java虛擬機規範中的描述是：所有的對象實例以及數據都要在堆上分配，但是隨着JIT編譯器的發展與逃逸分析技術的逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那麼“絕對”了。
  根據Java虛擬機規範的規定，Java堆可以處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內存完成實例分配，並且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

• 方法區

  方法區（Method Area）是各個線程共享的內存區域，它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。雖然Java虛擬機規範把方法區描述爲堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap(非堆)，目的應該是與Java堆區分開來。根據Java虛擬機規範的規定，當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

• 運行時常量池

  運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載後存放到方法區的運行時常量池中。
  Java虛擬機對Clss文件的每一部分的格式都有嚴格的規定，每一個字節用於存儲哪種數據都必須符合規範上的要求，這樣纔會被虛擬機認可、裝載和執行。但對於運行時常量池，Java虛擬機沒有做任何細節的要求，一般來說，除了保存Class文件中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中。
  運行時常量池相對於Class文件常量池的另外一個重要特徵是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只能在編譯期產生，也就是並非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用的比較多的便是String類的intern()方法。
  當常量池無法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常

• 直接內存

  直接內存（Direct Memory）並不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規範中定義的內存區域，但是這部分內存也被頻繁的使用，而且也肯呢過導致OutOfMemoryError異常。

• 限制各個區域的內存大小的參數

  • 限制Java堆大小爲20M，不可擴展：將堆的最小值-Xms參數與最大值-Xmx參數設置爲一樣即可避免堆自動擴展，通過參數 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以讓虛擬機在出現內存溢出異常時Dump出當前內存堆轉出快照
  • 如果是建立的線程過多導致內存溢出，在不能減少線程數或者更換64位虛擬機的情況下，就只能通過減少最大堆和減少棧容量來換取更多的線程。
  • 由於常量池分配在方法區內，可以通過 -XX:PermSize 和 -XX：MaxPermSize限制方法區的大小，從而間接限制其中常量池的容量
  • DirectMemory容量可以通過 -XX：MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，則默認與Java堆的最大值（-Xmx指定）一樣