说在前面： 我是一个刚接触 JVM 的新手。这篇文章是我在啃资料、看视频、反复问自己"这个玩意儿到底有什么用"之后，整理出来的笔记。我不会说这个很简单------因为对我真不简单。如果你也是刚开始学，希望能帮到你。
我是怎么开始学这个的
事情是这样的。之前写 Java 代码，遇到过一个报错叫 OutOfMemoryError: Java heap space，我当时看了两眼一黑，只知道"哦，内存不够了"。但是内存不够了为什么会是这个报错，为什么有的报错叫 StackOverflowError 有的叫 Metaspace，我完全不知道。
后来跟朋友聊，他说你先不要管报错，你先搞清楚 JVM 把内存分成了哪几块。
好，我就从这个开始学。
JVM 把内存分成了五块（JDK 8）
我先说结论，然后再一块一块说。
JDK 8 里面，JVM 运行时内存分成了五个区域：
- 程序计数器（Program Counter Register）
- Java 虚拟机栈（JVM Stack）
- 本地方法栈（Native Method Stack）
- Java 堆（Heap）
- 元空间（Metaspace）
还有一个叫 直接内存（Direct Memory），这个不属于 JVM 管，但也算内存的一部分，后面会提。
乍一看五个名字挺吓人的，但别怕，我一个一个拆开讲。
程序计数器------最小的一块，也是唯一不会溢出的地方
这个东西的名字听着很厉害，其实它的功能挺简单：记录当前线程执行到哪一行字节码了。
你可以把它理解成你看书的时候手里夹的那张书签。你读的是哪一页、哪一行，书签帮你记着。线程也一样，CPU 把它的时间片切走了，它要去干别的线程，等切回来的时候，程序计数器帮它找到刚才读到哪儿了。
有两个点我觉得有意思：
- 如果执行的是 Native 方法 （也就是本地方法，比如 C 写的代码），程序计数器的值是 undefined。因为 native 方法走的是本地指令，不是 JVM 的字节码，没法用这个计数器来记。
- 它是 JVM 五大区域里 唯一不会发生 OutOfMemoryError 的地方。规范里就没给它留这个异常。
为什么它是线程私有的？因为每个线程各读各的代码，各走各的执行路径。如果共用一个计数器，切换回来就不知道切到谁那儿了。所以每个线程自己管自己的。
Java 虚拟机栈------和方法调用关系最密切的一块
栈在数据结构里是什么意思大家应该知道------先进后出。Java 虚拟机栈也是一样。每个方法被调用的时候，会往栈里压入一个"栈帧"（Stack Frame），方法执行完，栈帧弹出。
一个栈帧里面装的东西包括：
- 局部变量表：方法里定义的局部变量就放这儿
- 操作数栈：做运算的时候临时放数据的地方
- 动态链接：涉及到多态、方法调用时用到的符号引用转直接引用
- 方法出口：方法执行完了之后返回到哪儿去
我当时学到这里脑子里冒出的第一个问题是：那这个栈到底多大？
答案是不确定。取决于 JVM 的参数设置（-Xss）。但不管设置多大，如果方法调用的层数太深，比如无限递归，栈深度就超过上限了，会抛 StackOverflowError。
还有一种是栈扩展的时候没成功，抛 OutOfMemoryError。这个场景比较少见，一般是线程数量太多导致的。
这也是线程私有的------每个线程有自己的虚拟机栈。
本地方法栈------和上面那个差不多，但不是一回事
Java 虚拟机栈是为 Java 方法服务的。那如果调了一个 native 方法呢？走的不是 Java 的字节码，不能走 Java 虚拟机栈------所以单独搞了一个 本地方法栈。
不过 HotSpot 虚拟机（就是我们最常用的那个 Oracle JDK 和 OpenJDK 带的虚拟机）里面，本地方法栈和 Java 虚拟机栈合并到一起了。所以实际用的时候感受不到是两个。
同样可能抛 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。
Java 堆------最大的一块，也是 GC 最忙的地方
堆是 JVM 里最大的一块内存。所有的对象实例和数组都在这里分配。
它是线程共享的，JVM 启动的时候就创建好了。
堆里面还被划分成了几个子区域（为了垃圾回收效率优化）：
- 新生代（Young Generation）：里面又分三个部分------一个 Eden 区、两个 Survivor 区（S0 和 S1）
- 老年代（Old Generation / Tenured Generation）
我刚学到这里的时候很不理解：为什么堆还要分这么多区域？后来知道这是为了"分代回收"------大部分对象活不了多久就死了（比如循环里 new 的对象），新生代回收频率高但快；少部分对象命硬，会晋升到老年代，回收频率低。这是一种典型的"二八定律"思路。
堆不够用的时候抛的异常大家都眼熟：OutOfMemoryError: Java heap space。
元空间（Metaspace）------取代了方法区的新东西
先说方法区（Method Area）是什么。
方法区是 JVM 规范里的一个逻辑区域，用来存放：
- 已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缓存
这个区虽然是堆的逻辑组成部分，但有个别名叫"非堆"（Non-Heap）。所以它虽然是"堆的概念"但不算"堆的实体"。
在 JDK 8 之前，方法区的实现叫永久代（PermGen），在 JVM 堆里面。
到 JDK 8，永久代被干掉了，换成了 元空间（Metaspace） 。关键的区别是：元空间使用了本地内存，不再是 JVM 堆的一部分了。这意味着它的大小不再受 JVM 堆大小的限制，而是受本机物理内存的限制。
元空间不够用的时候抛 OutOfMemoryError: Metaspace。
运行时常量池------方法区的一部分
常量池这个词可能你在反编译 class 文件的时候见过。编译器把类里的字面量 （比如字符串常量 "hello"、final 常量等）和符号引用（类名、方法名、字段名的引用）放到这个池子里。
运行时常量池就是这些信息在运行时的存放位置，是方法区的一部分。
还有一个特点：动态性 。不是只有编译期生成的东西才能放进去。你在代码里调 String.intern()，也可以在运行时把字符串扔到常量池里。
内存不够的时候也会抛 OutOfMemoryError。
直接内存------不属于 JVM，但 JVM 可以操作
直接内存是操作系统的本地内存，不归 JVM 管。
那它跟 JVM 有什么关系？Java 里有一个 NIO（New I/O）的 API，可以通过 ByteBuffer.allocateDirect() 分配一块堆外内存。这块内存的好处是：在进行 I/O 操作（比如读写文件、网络通信）时，数据不用在堆内存和本地内存之间来回拷贝，性能好很多。
很多高性能框架比如 Netty 就是基于这个原理做优化的。
但是------它是本地内存，所以也受物理内存上限的限制。用得不好也会报 OutOfMemoryError: Direct buffer memory。
五种内存溢出，一张表总结
学完之后我把五种溢出情况整理了一下：
| 溢出区域 | 异常信息 | 常见原因 |
|---|---|---|
| 堆溢出 | Java heap space |
new 大对象、内存泄漏、GC 回收不掉 |
| 栈溢出 | StackOverflowError / OutOfMemoryError |
递归太深、线程开太多 |
| 元空间溢出 | Metaspace |
加载类太多、动态类生成、CGLIB 等 |
| 直接内存溢出 | Direct buffer memory |
direct buffer 没回收、一直分配 |
程序计数器那行没写------因为它是唯一不会溢出的。
最后想说的
这些东西我一开始觉得是背概念，背完就忘。后来我发现，真正帮我理解的不是背，而是带着问题去查：
- "为什么栈会溢出？"------因为我写过递归忘记写终止条件
- "堆溢出是什么时候遇到的？"------因为我导了一个超大 Excel 没分页
- "元空间溢出在什么场景出现？"------因为看到过用 CGLIB 动态代理搞出来的案例
如果你是新手，我的建议是：不要硬背分区名称。先把以下两个记住就行：
- 线程私有的：程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈
- 线程共享的：堆、元空间（方法区）
剩下的，遇到具体的报错再去翻。等报错见多了，分区图自然就长在脑子里了。