JVM 运行时数据区
Java虚拟机定义了在程序执行期间使用的各种运行时数据区域。 其中一些数据区域是在Java虚拟机启动时创建的，仅在Java虚拟机退出时才被销毁。 有些数据区域是属于线程的。 线程创建时创建每个线程的数据区域，并在线程退出时销毁其数据区域。
The pc Register（程序计数器）
Java虚拟机可以一次支持多个执行线程, 每个Java虚拟机线程都有其自己的pc (program counter) 寄存器。在任何时候，每个Java虚拟机线程都在执行单个方法的代码，即该线程的当前方法 。如果该方法不是native，则pc寄存器包含当前正在执行的Java虚拟机指令的地址。如果当前线程正在执行的方法是native，则Java虚拟机的pc寄存器的值是 undefined 。Java虚拟机的pc寄存器足够宽，可以支持特定平台上保存returnAddress或 native pointer .
Java Virtual Machine Stacks（Java虚拟机栈）
每个Java虚拟机线程都有一个私有Java虚拟机栈，与该线程同时创建。Java虚拟机堆栈存储栈帧(以后会详细讨论)。Java虚拟机栈类似于C语言的栈：它保存局部变量和返回结果，在方法调用和返回中起作用。因为除了 push 和 pop 栈帧，从不直接操纵Java虚拟机栈，所以可以在堆上分配栈帧。 Java虚拟机栈的内存不必是连续的。
java虚拟机规范允许Java虚拟机栈具有固定大小，或者根据计算所需动态扩展和收缩。 如果Java虚拟机栈的大小固定，则在创建每个Java虚拟机栈时可以独立选择其大小。
Java虚拟机的实现可以为程序员或用户提供对Java虚拟机栈初始大小的控制，并且在动态扩展或收缩Java虚拟机栈的情况下，可以控制栈的最大值和最小值。
以下异常条件与Java虚拟机栈相关：
-
如果线程计算所需内存比设置的java虚拟机栈更大, Java虚拟机将会抛出
StackOverflowError. [ java.lang.StackOverflowError ] -
如果Java 虚拟机栈可以动态扩展,如果没有足够的内存来为新线程创建初始Java虚拟机栈, Java 虚拟机就会抛出
OutOfMemoryError. [ java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread ]
StackOverflowError Example：
/**
* VM Args：-Xms10m -Xmx10m -Xss128k
*/
public class StackOverflowErrorExample {
static class Stack{
private int stackLength = 1;
public void leak(){
stackLength++;
leak();
}
}
@Test
public void testStackOverflowError(){
Stack stack = new Stack();
try {
stack.leak();
} catch (Throwable e) {
assertTrue(e instanceof StackOverflowError);
}
}
}
OutOfMemoryError Example:
/**
* VM Args：-Xms8m -Xmx8m -Xss512k -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseGCOverheadLimit
*/
public class OutOfMemoryErrorTest {
static class EmptyRunnable implements Runnable{
String[] arr = new String[1000];
@Override
public void run() {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(60*60);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
@Test
public void testOutOfMemoryError(){
try {
for (;;){
new Thread(new EmptyRunnable()).start();
}
} catch (Throwable e) {
assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
}
}
}
Heap（堆）
Java虚拟机具有一个在所有Java虚拟机线程之间共享的堆。 堆是运行时数据区，分配所有类实例和数组的内存。堆是在虚拟机启动时创建的。 自动存储管理系统（垃圾收集器）可以回收堆中的无用对象；对象永远不会显式释放。Java虚拟机不指定具体类型的垃圾收集器，可以根据实现者的系统要求选择垃圾收集器。堆的大小可以是固定的，也可以根据实际计算的要求进行扩展，如果不需要更大的堆，则可以将其收缩。 堆的内存不必是连续的。
Java虚拟机实现可以为程序员或用户提供对堆的初始大小的控制，并且，如果可以动态扩展或收缩堆，则可以控制堆的最大值和最小值。
以下异常与堆相关：
-
如果计算需要的堆大于自动存储管理系统可以提供的堆的大小, Java 虚拟机会抛出一个
OutOfMemoryError. [java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space]
OutOfMemoryError Example：
/**
* VM Args：-Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
public class OutOfMemoryErrorExample {
static class OOMObject{
}
@Test
public void testOutOfMemoryErrorForHeap(){
try {
List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
while(true){
list.add(new OOMObject());
}
} catch (Throwable e) {
assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
}
}
}
Method Area（方法区）
Java 虚拟机具有一个在所有Java虚拟机线程之间共享的 method area . 该方法区域类似于C语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统过程中的"text"段。它存储每个类的结构，例如运行时常量池，字段和方法数据，以及编译后的方法和构造函数的代码，包括用于类和实例初始化以及接口初始化的特殊方法（例如 <init> 或 <clinit >等）。
方法区是在虚拟机启动时创建的。 尽管方法区在逻辑上是堆的一部分，但是简单的实现可以选择不进行垃圾回收或压缩。JVM规范没有规定方法区的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区可以是固定大小的，或者可以根据计算所需进行扩展，如果用不到更大的方法区域，则可以缩小。方法区的内存不必是连续的。
Java虚拟机的实现可以为程序员或用户提供对方法区域初始大小的控制，以及在方法区大小可变的情况下，可以控制方法区域最大值和最小值
以下异常与方法区相关：
-
如果方法区中的内存无法满足分配请求，则Java虚拟机将引发
OutOfMemoryError. [java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space]
OutOfMemoryError Example:
/**
* VM Args：-Xms10m -Xmx10m -XX:PermSize=5M -XX:MaxPermSize=8M
*/
public class JavaMethodAreaOOM {
static class OOMObject {
}
@Test
public void testJavaMethodAreaOOM(){
try {
for (;;){
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
public Object intercept(Object object, Method method,
Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable{
return proxy.invokeSuper(object, args);
}
});
enhancer.create();
}
} catch (Throwable e) {
assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
}
}
}
Run-Time Constant Pool（运行时常量池）
运行时常量池是类文件中constant_pool 表的按类或按接口的运行时的表示。它包含几种常量，从编译时已知的数字、文字到必须在运行时解析的方法和字段引用。运行时常量池的功能类似于C语言的符号表，尽管它包含的数据范围比典型的符号表还大。
每个运行时常量池都是从Java虚拟机的方法区分配的。 当Java虚拟机创建类或接口时，将为类或接口构造运行时常量池。
以下异常与运行时常量池构造有关：
-
创建类或接口时，如果运行时常量池的构造所需的内存超过Java虚拟机的方法区中可用的内存，则Java虚拟机将抛出
OutOfMemoryError.
OutOfMemoryError Example:
/**
* VM Args：-Xms15m -Xmx15m -XX:PermSize=8M -XX:MaxPermSize=8M
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM {
List<String> array;
@Before
public void setUp(){
array = new ArrayList<>();
}
@Test
public void testRuntimeConstantPoolOOM(){
try {
int i = 0;
while (true) {
array.add(String.valueOf(i++).intern());
}
} catch (Throwable e) {
assertTrue(e instanceof OutOfMemoryError);
}
}
}
Native Method Stacks（本地方法栈）
Java虚拟机的实现可以使用传统的堆栈（俗称“ C堆栈”）来支持本机方法（用Java编程语言以外的语言编写的方法）. 解释程序也可以使用诸如C之类的语言来解释Java虚拟机的指令集，以便使用本地方法栈. Java 虚拟机不能加载 native的方法，并且自身不依赖于常规堆栈，因此无需提供本地方法栈.
Jvm虚拟机规范允许本地方法栈具有固定大小，或者根据计算所需动态扩展和收缩，如果本地方法栈的大小固定，则在创建本地方法栈的时候大小可以单独设置。
Java虚拟机的实现可以为程序员或用户提供对本地方法栈初始大小的控制，以及在本地方法栈大小可变的情况下，可以控制方法区域最大值和最小值
以下异常与本地方法栈相关:
-
如果线程计算所需内存比设置的本地方法栈更大,, Java虚拟机将会抛出
StackOverflowError. -
如果本地方法栈可以动态扩展,如果没有足够的内存来为新线程创建初始本地方法栈, Java 虚拟机就会抛出
OutOfMemoryError.
因为需要安装C或C++编译环境，我们就不再展示Demo了，理论上和Java虚拟机栈类似，用递归函数模拟栈的push，导致StackOverflowError，或者生成足够多的线程，以至于产生OutOfMemoryError
总结
