三、Java内存区域与内存溢出

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把内存分为若干不同的数据区域。

 

程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区

 

1、程序计数器

一块较小的内存空间，它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通过改变该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、跳转等基础功能都是依赖于它的。每个线程都有一个独立的程序计数器，各个线程的计数器互补影响，该区域线程私有。

 

当线程在执行一个Java方法时，该计数器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Native方法（调用本地操作系统方法）时，该计数器的值为空（Undefined），该区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何内存溢出（OutOfMemoryError）情况的区域。

 

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，则将抛出StackOutflowError错误

如果Java虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请足够内存，则抛出OutOfMemoryError异常

 

2、   Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。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用于存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

 

局部变量表存放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（指向了一条字节码指令的地址）。

其中64位长度的long、double类型的数据会占用两个局部变量空间（Slot）,其余的数据类型只占用1个。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，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

 

操作数栈又常被称为操作栈，操作数栈的最大深度也是在编译的时候就确定了。32 位数据类型所占的栈容量为 1,64 位数据类型所占的栈容量为 2。当一个方法开始执行时，它的操作栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令（比如：加操作、赋值元算等）向操作栈中写入和提取内容，也就是入栈和出栈操作。

 

Java 虚拟机的解释执行引擎称为“基于栈的执行引擎”，其中所指的“栈”就是操作数栈。因此我们也称 Java 虚拟机是基于栈的

 

方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出站，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整 PC 计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

 

3、 本地方法栈

Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中没有强制规定使用的语言、方法、数据结构等，所以可以自由实现它。在Sun HotSpot虚拟机中将本地方法栈和Java虚拟机栈合二为一。

 

4、 Java堆

Java Heap 是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，它是所有线程共享的一块内存区域。几乎所有的对象实例和数组都在这类分配内存。Java Heap 是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。

 

根据 Java 虚拟机规范的规定，Java 堆可以处在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存可分配时，并且堆也无法扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

 

5、方法区

方法区也是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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。

 

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（Class文件常量池），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，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。

 

 

内存泄露是指分配出去的内存没有被回收回来，由于失去了对该内存区域的控制，因而造成了资源的浪费。Java 中一般不会产生内存泄露，因为有垃圾回收器自动回收垃圾，但这也不绝对，当我们 new 了对象，并保存了其引用，但是后面一直没用它，而垃圾回收器又不会去回收它，这边会造成内存泄露，

 

内存溢出是指程序所需要的内存超出了系统所能分配的内存（包括动态扩展）的上限。