概述

    经历过滴滴（小桔）、美团和京东面试，基本上必问知识点就是Java虚拟机内存区域划分和生命周期，今天就为大家着重介绍一下，Java虚拟机有哪些内存区域以及对应存储内容和生命周期。
    在Java虚拟机自动内存管理机制的帮助下，程序员虽然已经不需要为每一个new操作去手动分配空间和回收；不过也正是因为程序员把内存控制的权力交给了虚拟机，如果一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎么使用内存的，那么排查错误将会成为一项异常艰难的工作。

运行时数据区域

    Java虚拟机在执行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。如下图所示：

虚拟机运行时数据区.jpg

程序计数器

    程序计数器（Porgram 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。
    由于Java虚拟机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的，因此，为了多线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
    此内存区域是唯一一个再Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

    与程序计数器一样，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。
    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。对于栈帧内存储如此之多的信息，往往不需要过多的关注，我们只需要知道，其中，局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）和returnAddress类型。
    在虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：
    1、StackOverflowError异常，线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度；
    2、OutOfMemoryError异常，虚拟机栈扩展时无法申请到足够的内存；

本地方法栈

    本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈发挥的作用非常相似，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
    与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

    Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆被所有线程共享，在虚拟机启动时创建。根据Java虚拟机规范规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可，就像磁盘空间一样。
    所有的对象实例以及数组都要在堆上分配（但随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术，所有对象都分配在堆上也逐渐变得不是那么“绝对”了）。
    Java堆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”（Garbage Collected Heap，庆幸没有被翻译成“垃圾堆”）。从内存回收的角度来看，Java堆还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
    当堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

    方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。
    Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。
    根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
    以上五大块是常见的Java虚拟机内存区域，熟悉掌握以上五大块内存的划分，我们足以应对各类面试了，但Java虚拟机并不仅有着五大块；接下来要介绍的两个也可以适当了解一下。

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。
    运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，运行期间也可能将新的常量放入池中，比如String类和intern()方法。
    运行常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

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。在JDK1.4中新加入的NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectButeBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。
    显然本机直接内存分配不会受到Java堆大小的限制，但是既然是内存，肯定会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
    当各个内存区域总和大于物理内存限制，无法动态扩展时会出现OutOfMemoryError异常。

总结

    程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区，这五大块是面试中虚拟机内存区域的常见问题；而对于深入了解虚拟机内存，我们还需要知道运行是常量池和直接内存；尤其是遇到OutOfMemoryError异常，却无法定位问题时，我们应该考虑直接内存的占用是否超出了物理内存限制。