引言
對於Java程序員來說，在虛擬機自動內存管理機制的幫助下，不再需要爲每一個new操作去寫配對的delete/free代碼，不容易出現內存泄漏和內存溢出問題，看起來由虛擬機管理內存一切都很美好。
不過，也正是因爲Java程序員把控制內存的權力交給了Java虛擬機，一旦出現內存泄漏和溢出方面的問題，如果不瞭解虛擬機是怎樣使用內存的，那排查錯誤、修正問題將會成爲一項異常艱難的工作。
本篇博客開始，將在《深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐（第3版）》一書的引導下，開啓Java虛擬機學習之旅。
運行時數據區域介紹
Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把它所管理的內存劃分爲若干個不同的數據區域。這些區域有各自的用途，以及創建和銷燬的時間，有的區域隨着虛擬機進程的啓動而一直存在，有些區域則是依賴用戶線程的啓動和結束而建立和銷燬。
Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行時數據區域，如下圖所示：
1. 程序計數器
關鍵詞：線程私有、唯一一個沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域
程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。
它是程序控制流的指示器，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。
由於Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換、分配處理器執行時間的方式來實現的。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，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區域爲“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指令的地址；如果正在執行的是本地（Native）方法，這個計數器值則應爲空（Undefined）。
2. Java虛擬機棧
關鍵詞：線程私有、描述java方法執行過程、存儲局部變量等信息
與程序計數器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack）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方法執行的線程內存模型：每個方法被執行的時候，Java虛擬機都會同步創建一個棧幀用於存儲局部變量表、操作數棧、動態連接、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完畢的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
局部變量表存放了編譯期可知的各種Java虛擬機基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，它並不等同於對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址）。
異常類型：如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果Java虛擬機棧容量可以動態擴展，當棧擴展時無法申請到足夠的內存會拋出OutOfMemoryError異常。
3. 本地方法棧
關鍵詞：線程私有、描述Native方法執行過程
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，其區別只是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是爲虛擬機使用到的本地（Native）方法服務。
異常類型：與虛擬機棧一樣，本地方法棧也會在棧深度溢出或者棧擴展失敗時分別拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
4. Java堆
關鍵詞：線程共享、描述Native方法執行過程
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。
從分配內存的角度看，所有線程共享的Java堆中可以劃分出多個線程私有的分配緩衝區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升對象分配時的效率。
Java堆可以處於物理上不連續的內存空間中，但在邏輯上它應該被視爲連續的。
Java堆既可以被實現成固定大小的，也可以是可擴展的（通過參數-Xmx和-Xms設定）。
異常類型：如果在Java堆中沒有內存完成實例分配，並且堆也無法再擴展時，Java虛擬機將會拋出OutOfMemoryError異常。
5. 方法區
關鍵詞：線程共享、存儲常量/靜態變量等數據
別名叫作“非堆”（Non-Heap），目的是與Java堆區分開來。方法區（Method Area）與Java堆一樣，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型信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼緩存等數據。
說到方法區，還會想到另一個名詞“永久代”，其實兩者並不是一個概念。準確地說，永久代最初是因爲希望能夠像垃圾收集器管理Java堆內存那樣而設計的，這樣可以省去專門爲方法區編寫內存管理代碼的工作，但這種設計導致了Java應用更容易遇到內存溢出的問題。
因此，JDK 7的HotSpot，已經把原本放在永久代的字符串常量池、靜態變量等移出，而到了JDK 8，終於完全廢棄了永久代的概念，改用與JRockit、J9一樣在本地內存中實現的元空間（Meta-space）來代替，把JDK 7中永久代還剩餘的內容（主要是類型信息）全部移到元空間中。
異常類型：如果方法區無法滿足新的內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。
5.1 運行時常量池
關鍵詞：屬於方法區、具有動態性
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表（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量與符號引用，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。
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有編譯期才能產生，也就是說，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，運行期間也可以將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的便是String類的intern()方法。
異常類型：既然運行時常量池是方法區的一部分，自然受到方法區內存的限制，當常量池無法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。
總結
通過本篇博客的總結，Java虛擬機的內存區域我們已經很清楚了，每個區域都單獨標註了關鍵詞和對應可能發生的異常類型，也是有助於後期回顧。