JVM 内存区域与内存溢出

JVM 运行时数据区详解：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java 堆、方法区、直接内存。

运行时数据区总览

JVM 所管理的内存分为以下几个运行时数据区：

区域	线程共享	存储内容	异常
程序计数器	私有	当前线程执行的字节码行号	无 OOM
Java 虚拟机栈	私有	栈帧（局部变量表、操作数栈等）	StackOverflowError / OOM
本地方法栈	私有	Native 方法调用	StackOverflowError / OOM
Java 堆	共享	几乎所有对象实例和数组	OOM
方法区	共享	类信息、常量、静态变量、编译后代码	OOM

各区域详解

程序计数器（PC Register）

• 当前线程所执行字节码的行号指示器，字节码解释器通过改变计数值选择下一条指令
• 分支、跳转、循环都依赖它
• 线程私有，各线程互不影响
• 执行 Java 方法时记录字节码指令地址；执行 Native 方法时值为空
• 唯一一个没有规定任何 OOM 情况的区域

Java 虚拟机栈

• 线程私有，生命周期与线程相同
• 描述 Java 方法执行的内存模型：每个方法执行时创建一个栈帧
• 只有栈顶栈帧有效（当前栈帧），对应方法为当前方法
• 栈帧存储：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址及附加信息

局部变量表：存放方法参数和局部变量，容量以变量槽（Slot）为最小单位；32 位数据类型占 1 个 Slot，64 位（long/double）占 2 个连续 Slot；实例方法第 0 位 Slot 默认传递 this 引用；Slot 可重用。

操作数栈：最大深度编译期确定；Java 虚拟机是"基于栈的执行引擎"（Android 虚拟机基于寄存器）。基于栈优点是可移植性强，缺点是执行速度相对慢；基于寄存器优点执行快，缺点可移植性差。

动态链接：每个栈帧指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用；符号引用一部分在类加载时静态解析为直接引用，一部分运行期动态连接。

方法返回地址：正常退出时返回地址为调用者 PC 计数器值；异常退出时通过异常处理器确定。

本地方法栈

与虚拟机栈作用相似，但为本地操作系统（Native）方法服务。

Java 堆（GC 堆）

• JVM 管理的最大一块内存，所有线程共享
• 几乎所有对象实例和数组都在此分配
• 垃圾收集器管理的主要区域
• 物理上可不连续，逻辑上连续即可；堆无法扩展时抛 OutOfMemoryError

方法区（永久代）

• 各线程共享，存储：已加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码
• HotSpot 中称"永久代"（JRockit、IBM J9 无此概念）
• 垃圾收集行为较少，主要回收废弃常量和无用类
• 运行时常量池是方法区的一部分，具备动态性（如 String.intern() 运行期放入新常量）

直接内存

• 不是 JVM 运行时数据区，直接从操作系统分配内存，不受 Java 堆大小限制
• 受本机总内存及处理器寻址空间限制，也可能 OOM
• Java 1.4 引入 NIO，在堆外分配内存，避免 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据，某些场景提高性能

内存泄漏与内存溢出的区别

概念	定义
内存泄漏	分配出去的内存没被回收，失去控制造成资源浪费。Java 中一般不会产生（有 GC），但持有无用对象的引用时仍会泄漏
内存溢出	程序所需内存超出系统能分配的上限（包括动态扩展）

各区域内存溢出测试要点

• 堆 OOM：不断创建大对象/集合且保持引用
• 栈溢出：无限递归 → StackOverflowError（单线程下栈空间无法分配抛的是 StackOverflowError，多线程下抛 OOM）
• 方法区 OOM：大量动态生成类（如 CGLIB 代理）