程序运行时，内存到底是如何进行分配的？
很多人将 Java 的内存分为堆内存（heap）和栈内存（Stack），这种划分方式在一定程度上体现了这两块区域是 Java 工程师最关注的内存区域，但是其实这种划分方式并不完全准确。
一、程序计数器（Program Counter Register）
当某一个线程被 CPU 挂起时，需要记录代码已经执行到的位置，方便 CPU 重新执行此线程时，知道从哪行指令开始执行，这就是程序计数器的作用。
实际上除了恢复线程操作之外，其它一些我们熟悉的分支操作、循环操作、跳转、异常处理等也都需要依赖这个计数器来完成。
关于程序计数器还有几点需要格外注意：
- 在 Java 虚拟机规范中，对程序计数器这一区域没有规定任何 OutOfMemoryError 情况（或许是感觉没有必要吧）。
- 线程私有的，每条线程内部都有一个私有程序计数器。它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。
- 当一个线程正在执行一个 Java 方法的时候，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。如果正在执行的是 Native 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。
二、虚拟机栈
虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期同步。
在 Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：
StackOverflowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出。OutOfMemoryError：当 Java 虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出。
JVM 是基于栈（就是指虚拟机栈）的解释器执行的，DVM 是基于寄存器解释器执行的。
虚拟机栈的初衷是用来描述 Java 方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候，JVM 都会在虚拟机栈中创建一个栈帧。
1. 栈帧
栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，每一个线程在执行某个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。
我们可以这样理解：一个线程包含多个栈帧，而每个栈帧内部包含局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址等。如下图所示：
- 局部变量表
局部变量表是变量值的存储空间，我们调用方法时传递的参数，以及在方法内部创建的局部变量都保存在局部变量表中。在 Java 编译成 class 文件的时候，就会在方法的 Code 属性表中的 max_locals 数据项中，确定该方法需要分配的最大局部变量表的容量。
使用
javap -v反编译 注意：系统不会为局部变量赋予初始值（实例变量和类变量都会被赋予初始值），也就是说不存在类变量那样的准备阶段。
- 操作数栈
操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出栈（LIFO）。
同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入方法的 Code 属性表中的 max_stacks 数据项中。栈中的元素可以是任意Java数据类型，包括 long 和 double。
- 动态链接
动态链接的主要目的是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。
在一个 class 文件中，一个方法要调用其他方法，需要将这些方法的符号引用转化为其所在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于方法区中。
- 返回地址
无论当前方法采用正常退出或异常退出，在方法退出后都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。而虚拟机栈中的“返回地址”就是用来帮助当前方法恢复它的上层方法执行状态。
一般来说，方法正常退出时，调用者的 PC 计数值可以作为返回地址，栈帧中可能保存此计数值。而方法异常退出时，返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。
三、本地方法栈
本地方法栈和上面介绍的虚拟栈基本相同，只不过是针对本地（native）方法。在开发中如果涉及 JNI 可能接触本地方法栈多一些，在有些虚拟机的实现中已经将两个合二为一了（比如HotSpot）。
四、堆
Java 堆（Heap）是 JVM 所管理的内存中最大的一块，该区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象的实例都在堆里面分配，因此它也是 Java 垃圾收集器（GC）管理的主要区域，有时候也叫作“GC 堆”。同时它也是所有线程共享的内存区域，因此被分配在此区域的对象如果被多个线程访问的话，需要考虑线程安全问题。
按照对象存储时间的不同，堆中的内存可以划分为新生代（Young）和老年代（Old），其中新生代又被划分为 Eden 和 Survivor 区。具体如下图所示：
五、方法区
方法区（Method Area）主要是存储已经被 JVM 加载的类信息（版本、字段、方法、接口）、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码和数据。该区域同堆一样，也是被各个线程共享的内存区域。
注意：关于方法区，很多开发者会将其跟“永久区”混淆。
- 方法区是规范层面的东西，规定了这一个区域要存放哪些数据。
- 永久区或者是
metaspace是对方法区的不同实现，是实现层面的东西。
六、异常再现
- StackOverflowError 栈溢出异常
递归调用是造成 StackOverflowError 的一个常见场景，原因就是每调用一次method方法时，都会在虚拟机栈中创建出一个栈帧。因为是递归调用，method方法并不会退出，也不会将栈帧销毁，所以必然会导致StackOverflowError。
- OutOfMemoryError 内存溢出异常
理论上，虚拟机栈、堆、方法区都有发生 OutOfMemoryError 的可能。但是实际项目中，大多发生于堆当中。
在一个无限循环中，动态的向 ArrayList 中添加新的对象。这会不断的占用堆中的内存，当堆内存不够时，必然会产生 OutOfMemoryError，也就是内存溢出异常。
总结
对于 JVM 运行时内存布局，我们需要始终记住一点：上面介绍的这 5 块内容都是在 Java 虚拟机规范中定义的规则，这些规则只是描述了各个区域是负责做什么事情、存储什么样的数据、如何处理异常、是否允许线程间共享等。千万不要将它们理解为虚拟机的“具体实现”，虚拟机的具体实现有很多，比如 Sun 公司的 HotSpot、JRocket、IBM J9、以及我们非常熟悉的 Android Dalvik 和 ART 等。这些具体实现在符合上面 5 种运行时数据区的前提下，又各自有不同的实现方式。
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