一、前言

程序都是运行在内存里的，所以对于一门开发语言来说，对于内存的管理都是重中之重的，前有C、C++需要开发者管理内存，后有Java的自动内存管理，到如今的内存安全的Rust。

二、运行时数据区概览

Java虚拟机在运行Java程序时会把其管理的内存划分为若干个区域。这些区域有些是随着Java虚拟机进程的启动而一直存在，有的区域是依赖用户线程的启动和结束而创建和销毁。在《Java虚拟机规范》中的规定，Java虚拟机所管理的区域如下：

  • G1出现之后，边不再区分新生代和老年代，Java堆使用同一个垃圾收集器

在《Java虚拟机规范》中规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间上，但逻辑上应该是连续的。但是对于大对象，大多数虚拟机出于实现简单、存储高效的考虑，很有可能要求连续的内存空间。

Java堆的大小被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前的主流的Java虚拟机都是可扩展来实现的，通过-Xmx和-Xms设置。如果Java堆中没有了内存可以分配给示例，并且堆无法扩展时，会抛出OutOfMemoryError的异常，也就是常说的OOM。

3.5 方法区

线程共享的一个内存区域，用于存储被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译后的代码缓存等数据。

在JDK8之前，HotSpot虚拟机把垃圾收集器的分代设计扩展到了方法去，使用永久代来实现方法区。所以在JDK8之前会称方法区为永久代。这样做的原因是，这样做HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样来管理这块内存区域。但是其他的Java虚拟机是没有永久代这一个概念的。

到了JDK6后，HotSpot虚拟机便放弃了使用永久代来实现方法区，而是使用本地内存来实现方法区，到了JDK7把原来放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出（移到Java堆），而到了JDK8完全废弃了永久代的概念，改用像JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间来替代永久代。并且把JDK7中永久代剩下的内用全部移到元空间，这部分的内容主要是类型信息。

在《Java虚拟机规范》中的规定，对于方法区和Java堆一样不一定需要连续的内存和可以选择固定大小或者扩展外。甚至方法区还可以选择不实现垃圾收集。垃圾收集在方法区上是比较少出现的。方法区的回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。同时也规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

3.6 运行时常量池

运行时常量池属于方法区的一部分。Class文件的类版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池表，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内用将在类加载后存放在方法区的运行时常量池中。

一般来说出来保存Class文件中描述的符号引用外，还会把符号引用翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特性就是具备动态性，Java语言不要求常量只有编译器才能产生，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得最多的时String类的intern()方法。

运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

3.7 直接内存

直接内存并不是Java虚拟机运行时数据区的一部分，也不在《Java虚拟机规范》中定义的区域。但是这一块区域也是被频繁使用，同时也有可能导致OutOfMemoryError异常。

在JDK1.4中加入了NIO，引入了基于通道(Channel)与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数直接分配对外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块堆外内存的引用进行操作。以此来提升I/O性能，避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会收到Java堆大小的限制，但是使用的内存，所以会本机的总内存大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存区设置Xmx等参数，但经常会忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存本身，从而导致动态扩容的时候出现OOM。