深入解析JVM运行时数据区域：程序计数器与虚拟机栈的功能详解
注：“蓝色加粗字体”为书本原语
先来看一张 JVM 运行时数据区域图，接着依次分析各个区域的功能。
程序计数器
程序计数器是一块内存空间，它比较小。它可以被看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域在 Java 虚拟机规范中是唯一没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
Java虚拟机栈
虚拟机栈所描述的是 Java 方法执行的内存模型。每个方法在执行的过程中，都会创建一个栈帧（Stack Frame）。这个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。下面借用网友的一张图，可能会让这个情况更加清晰。
局部变量表可存放多种基本数据类型，这些基本数据类型在预编译期是可知的，包括 boolean、byte、char、short、int、float、long、double 等；还可存放对象引用，其为 reference 类型；同时能存放 returnAddress 类型，该类型指向了一条字节码指令的地址。64 位长度的 long 和 double 类型数据会占用 2 个局部变量空间（Slot），其他数据类型仅占用 1 个。依上述表述（个人理解）可知，局部变量空间是以 Slot（32 位）作为空间单位的。即便原本为一字节大小的 byte 类型在局部变量表中也需占一个 Slot（32 位等于 4 字节）。
Java 虚拟机规范里，Java 虚拟机栈规定了两类异常情况。其一，若线程请求的栈深度比虚拟机所准许的深度大，就会抛出 StackOverflowError 异常；其二，倘若虚拟机栈能够动态扩展，然而在扩展时没法申请到足够的内存，便会抛出 OutOfMemoryError 异常。如果线程栈的大小为 1MB，且当前线程大量使用了递归。那么当线程的栈帧总和超过 1MB 时，JVM 会抛出 StackOverflowError。另外，创建线程需要分配线程栈内存，而当系统没有内存可分配时，就会抛出 OutOfMemoryError。说多了没意义，只有实践才是真理，接下来试着去制作前面提到的那两种虚拟机栈错误。
测试代码：
public class StackTest {
公共静态的 void 函数 recursion，它接收一个整数参数 count。
输出的内容是“count=”加上 count 的值
recursion(++count);
}
公共静态的 void 主方法（字符串数组参数 args）。
recursion(0);
}
}
服务器和JVM信息如下：
把以上代码打成Jar在此环境下运行：
在本地的 JAVATEST 目录下运行命令：java -jar stackTest.jar count=0 count=1 …… count=8406 count=8407 count=8408 在主线程中出现了异常，异常类型为 java.lang.StackOverflowError。 在 sun.nio.cs.UTF_8 的 Encoder 中进行 encodeLoop 操作，该操作位于 UTF_8.java 文件的第 691 行。 在 java.nio.charset 这个包下的 CharsetEncoder 类的 encode 方法中，具体位置是在 CharsetEncoder.java 文件的第 579 行。 在 sun.nio.cs.StreamEncoder 这个类的 implWrite 方法中，具体位置是在 StreamEncoder.java 文件的 271 行。 在 sun.nio.cs.StreamEncoder 这个类的 write 方法中，具体位置是在 StreamEncoder.java 文件的第 125 行。 在 java.io.OutputStreamWriter 这个类的 write 方法中，具体的写入操作是在 OutputStreamWriter.java:207 这个位置进行的。 在 Java 的 io 包中，BufferedWriter 的 flushBuffer 方法位于 BufferedWriter.java 文件的第 129 行。 在 java.io.PrintStream 这个类中的 write 方法（位于 PrintStream.java 文件的 526 行处）被调用。 在 java.io.PrintStream 这个类的 print 方法（位于 PrintStream.java:669 处）。 在 java.io.PrintStream 类的 println 方法中，具体位置是在 PrintStream.java 文件的第 806 行。 在 StackTest 类的 recursion 方法处，位于 StackTest.java 文件的第 5 行。 在 StackTest.recursion 这个位置，对应的是 StackTest.java 文件的第 6 行。
从以上信息可知，当 recursion 方法运行至 count 为 8408 时，线程栈超出了 JVM 默认的 ThreadStackSize 大小，该大小为 1MB，于是抛出了 StackOverflowError 异常。
接下来我们尝试这样做，即加大设置线程栈大小（ThreadStackSize）的值，目的是消耗尽可能多的系统内存，这样做会导致无法再分配线程栈内存，进而抛出 OutOfMemoryError 异常。
在本地的 JAVATEST 环境下，执行命令：java -jar -Xss2048M stackTest.jar 。
在虚拟机初始化期间发生了错误。
Java 语言中出现了“java.lang.OutOfMemoryError”错误，具体表现为无法创建新的本地线程。
在 java.lang.Thread 类的 start0 方法中，该方法为本地方法（Native Method）。
在 java.lang.Thread 类的 start 方法（位于 Thread.java:714 处）被调用。
at java.lang.ref.Reference.(Reference.java:187)
JVM 线程锁会消耗 Java 进程的内存，然而却不会消耗给予 JVM 的内存。一个进程所开启的最大线程数大致可以通过以下这个公式来进行理解。
线程数等于进程最大分配内存数减去 JVM 内存再减去保留的操作系统内存，然后除以线程栈大小。
进程最大分配内存大小与操作系统相关。本人的虚拟服务器总内存大小是 2GB。于是我尝试用 -Xss 参数给线程栈分配 2GB 的内存大小，目的是让虚拟机抛出异常。
本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈发挥的作用很相似。它们的区别在于，虚拟机栈是为虚拟机执行 Java 方法（即字节码）提供服务的，而本地方法栈则是为虚拟机使用的 Native 方法服务的。
Java堆
随着其他技术的成熟（如 JIT），对象分配在堆上变得不再那么“绝对”了。Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域。现在的收集器基本都采用分代收集算法，因此 Java 堆可以细分为新生代和老年代。当前主流的虚拟机是按照可扩展来实现的，通过 -Xmx 和 -Xms 进行控制。如果堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。继续上代码制造内存溢出：
public class HeapTest {
public static void main(String[] args) {
List byteList = new ArrayList;
for(int i=0;i<10000;i++){
byteList.add(new byte[1024000]);
System.out.println("count="+i);
}
}
}
打包为heapTest.jar进行测试：
在当前目录下执行命令：java -jar heapTest.jar 。 count=0 count=1 …… count=405 count=406 在主线程中出现异常，即 Java 堆空间不足，导致 java.lang.OutOfMemoryError 错误。 在 HeapTest 类的 main 方法中，位于 HeapTest.java 文件的第 9 行。
从打印的信息中可以得知，当程序开始创建第 406 个字节数组，并且每个数组的大小为 1MB 时，堆就出现了溢出的情况。
方法区是各个线程共享的内存区域，它与 Java 堆一样。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据，还包括即时编译器编译后的代码等。方法区也被称为 Non-Heap（非堆），这样做的目的是与 Java 堆区分开来。并且可以通过 -XX:MaxPermSize 来设置其内存大小。从 JVM 运行时区域内存模型方面来看（如本文第一张图所示），堆与方法区是两个相互独立的内存块。然而从垃圾收集器的角度来看，HotSpot 虚拟机的设计团队决定将 GC 分代收集延伸至方法区，也可以说是通过使用永久代来实现方法区。正因如此，许多人更倾向于将方法区称作“永久代”，如下图所示：
运行时常量池是方法区的一部分。它用于存放 Class 文件在编译期生成的各种字面量和符号引用。因为 Class 文件除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还包含一项信息，即常量池（Constant Pool Table）。这部分内容在类加载之后会进入方法区的运行时常量池进行存放。运行时常量池具有动态性，并非只有预置入 Class 文件中常量池的内存才能够进入方法区运行时常量池。在运行期间，也有可能将新的常量放入到池中，比如 String 类的 intern 方法。运行时常量池是方法区的一部分，所以它自然会受到方法区内存的限制。当常量池无法再申请到内存时，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。下面继续上代码来制造内存溢出。
public class MethodAreaTest {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList;
int i = 0;
while(true){
System.out.println(i);
list.add(("MethodAreaTest" + String.valueOf(i++)).intern()); 这句话的意思是将一个字符串通过 intern 方法处理后添加到 list 中。具体来说，它是将 "MethodAreaTest" 与一个递增的整数 i 转换为字符串后拼接在一起，然后对这个拼接后的字符串调用 intern 方法，最后将结果添加到 list 中。
}
}
}
JDK1.8 HotSpot 虚拟机去掉了永久代，因此需要回归到 JDK1.6 进行测试。
打包为MethodAreaTest.jar进行测试：
在当前工作目录下的 JAVATEST 文件夹中，通过命令“java -jar MethodAreaTest.jar”来执行相关操作，执行该命令的用户名为 wc，用户名为 WC01 时也可执行此操作。 1 2 …… 815311 815312 815313 在主线程中出现异常，具体为 Java 语言的内存溢出错误，错误类型为永久代空间不足。 在 java.lang.String 的 intern 方法中（该方法为本地方法） 在 MethodAreaTest 的 main 方法处（位于 MethodAreaTest.java 文件的第 11 行）
通过打印信息能够得知，在进行了 815313 次 intern 操作之后，方法区内存出现了溢出情况，因为常量池是属于方法区的。
phper