虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器属于线程私有，方法区和堆属于线程共享。
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的 字节码的行号指示器，属于线程私有，此内存区域是唯一在java虚拟机规范里没有规定OutOfMemoryError的区域。 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一 个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 如果线程正在执行的是一个Java方法，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；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。
与程序计数器一样，虚拟机栈也是线程私有，与线程有同等的生命周期，线程结束栈释放不存在内存回收问题。一个线程创建一个虚拟机栈，线程内每个方法被执行的时候，Java虚拟机都 会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信 息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
（1）线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常。 （2）若虚拟机栈可动态扩展，当无法申请到足够内存空间时将抛出OutOfMemoryError，通过jvm参数–Xss指定栈空间，空间大小决定函数调用的深度。
局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、 float、long、double）、对象引用（reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始 地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress 类型（指向了一条字节码指令的地址）。 这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和 double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编 译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定 的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。请读者注意，这里说的“大小”是指变量槽的数量， 虚拟机真正使用多大的内存空间（譬如按照1个变量槽占用32个比特、64个比特，或者更多）来实现一 个变量槽，这是完全由具体的虚拟机实现自行决定的事情。
操作数栈是一个先进后出的栈，也是逻辑具体执行的位置，操作数栈的深度在编译期间就已经确定，<=8字节的数据类型，在栈中占用一个槽位，long,double16个字节的类型在栈中占用两个槽位，引用类型的地址在栈用占用一个槽位。
符号引用进行解析成直接引用在运行时链接的过程，叫动态链接。 一个方法调用另一个方法，或者一个类使用另一个类的成员变量时 需要知道其名字，符号引用就相当于名字，这些被调用者的名字就存放在Java字节码文件里（.class 文件）。 名字是知道了，但是Java真正运行起来的时候，如何靠这个名字（符号引用）找到相应的类和方法，需要解析成相应的直接引用，利用直接引用来准确地找到。 例如：List list = new ArrayListy();将list链接成ArrayList的过程就是动态链接。
通常来讲有两种方法可以退出方法： 1.正常执行完，也就是执行引擎遇到方法返回的字节码，根据字节码决定是否给上层方法返回返回值。 2.遭遇异常退出。无论是JVM抛出异常还是代码throw异常，如果不做处理，会导致方法的退出，通常不会返回给上层值。 3.无论哪种方式导致退出，退出之后都会返回方法被调用的位置继续执行，调整计数器的值指向下一条指令继续执行。
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机 栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native） 方法服务，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失 败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
对于Java应用程序来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所 有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。当对象无法再该空间申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。同时也是垃圾收集器管理的主要区域。可通过 -Xmx –Xms 参数来分别指定最大堆和最小堆。 新生区 类诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。 新生区分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。 老年区 新生区经过多次GC仍然存活的对象移动到老年区。若老年区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。 元数据区：元数据区取代了永久代(jdk1.8以前)，本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现，区别在于元数据区并不在虚拟机中，而是使用本地物理内存，永久代在虚拟机中，永久代逻辑结构上属于堆，但是物理上不属于堆，堆大小=新生代+老年代。元数据区也有可能发生OutOfMemory异常。 Jdk1.6及之前： 有永久代, 常量池在方法区 Jdk1.7： 有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池在堆 Jdk1.8及之后： 无永久代，常量池在元空间 元数据区的动态扩展，默认–XX:MetaspaceSize值为21MB的高水位线。一旦触及则Full GC将被触发并卸载没有用的类（类对应的类加载器不再存活），然后高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放的元空间。如果释放的空间少，说明当前的水位线有点过低，这个高水位线则上升。同理如果释放空间过多，则高水位线下降。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字 段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放编译期生 成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量 一定只有编译期才能产生，也就是说，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比较多的便是String类的 intern()方法，该方法会首先从常量池找字符串，如果没有就创建一个新字符串放到常量池中。 既然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。
1.Java是一门面向对象的编程语言，Java程序运行过程中无时无刻都有对象被创建出来。在语言层面 上，创建对象通常（例外：复制、反序列化）仅仅是一个new关键字而已，而在虚拟机中，对象（文 中讨论的对象限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等）的创建又是怎样一个过程呢？ 当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到 一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那 必须先执行相应的类加载过程JVM类加载机制 2.在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成 后便可完全确定，为对象分配空间的任务实际上便等同于把一块确定 大小的内存块从Java堆中划分出来。 假设Java堆中内存是绝对规整的，所有被使用过的内存都被放在一 边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那 个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump The Pointer）。但如果Java堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，那 就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录，这种分配方式称 为“空闲列表”（Free List）。 3.选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用 的垃圾收集器是否带有空间压缩整理（Compact）的能力决定。因此，当使用Serial、ParNew等带压缩 整理过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，既简单又高效；而当使用CMS这种基于清除 （Sweep）算法的收集器时，理论上就只能采用较为复杂的空闲列表来分配内存。 4.除如何划分可用空间之外，还有另外一个需要考虑的问题：对象创建在虚拟机中是非常频繁的行 为，即使仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象 A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题 有两种可选方案：一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机是采用CAS配上失败 重试的方式保证更新操作的原子性；另外一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进 行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完 了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB参数来 设定。 4.在上面工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的视 角看来，对象创建才刚刚开始——构造函数，即Class文件中的()方法还没有执行，所有的字段都为默认的零值，对象需要的其他资源和状态信息也还没有按照预定的意图构造好。一般来说（由字节 码流中new指令后面是否跟随invokespecial指令所决定，Java编译器会在遇到new关键字的地方同时生成这两条字节码指令，但如果直接通过其他方式产生的则不一定如此），new指令之后会接着执行init ()方法，按照程序员的意愿对对象进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。
在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。 1.HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。第一类是用于存储对象自身的运行时数据，如哈 希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部 分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32个比特和64个比特，官方称它 为“Mark Word”。 对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针 来确定该对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话 说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，可以是句柄池中的句柄，接下来继续讨论。 2.接下来实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字 段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。这部分的存储顺序会 受到虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义顺序的影响。 HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers，OOPs），从以上默认的分配策略中可以看到，相同宽度的字段总是被分配到一起存 放，在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果HotSpot虚拟机的 +XX：CompactFields参数值为true（默认就为true），那子类之中较窄的变量也允许插入父类变量的空 隙之中，以节省出一点点空间。 3. 对象的第三部分是对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作 用。由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是 任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。对象头部分已经被精心设计成正好是8字节的倍数（1倍或者 2倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。
创建对象自然是为了后续使用该对象，我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具 体对象。对象访问方式也是由虚拟机实 现而定的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种： 1.如果使用直接指针访问的话，Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息（上一部分说的对象三部分构成中对象头里面会放置对象的指针），栈的reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销，因为找到指针就找到对象了。 2.·如果使用句柄访问的话，Java堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池，栈的reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。 优缺点：这两种对象访问方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处就是栈reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference本身不需要被修改，依然指向原来的句柄，句柄指向对象的地址更改一下就可以。 使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本，虚拟机HotSpot，它主要使用直接指针进行对象访问（有例外情况，如果使用了Shenandoah收集器的 话也会有一次额外的转发），但从整个软件开发的范围来看，在各种语言、框架中使用句柄来访问的情况也十分常见。
Java堆用于储存对象实例，我们只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径 来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么随着对象数量的增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会 产生内存溢出异常。 限制Java堆的大小为20MB，不可扩展（将堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数 设置为一样即可避免堆自动扩展），通过参数-XX：+HeapDumpOnOutOf-MemoryError可以让虚拟机 在出现内存溢出异常的时候Dump出当前的内存堆转储快照以便进行事后分析。
更改一下堆内存，方便溢出。
public class JvmLoadDemo { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); while (true){ list.add(new JvmLoadDemo()); } } } Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at java.base/java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3720) at java.base/java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3689) at java.base/java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:237) at java.base/java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:242) at java.base/java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:485) at java.base/java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:498) at com.example.demo.JvmLoadDemo.main(JvmLoadDemo.java:12)Java堆内存的OutOfMemoryError异常是实际应用中最常见的内存溢出异常情况。出现Java堆内存 溢出时，异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟随进一步提示“Java heap space”。 要解决这个内存区域的异常，常规的处理方法是首先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）对Dump出来的堆转储快照进行分析。第一步首先应确认内存中导致OOM的对象是否是必 要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow） 1.如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链，找到泄漏对象是通过怎 样的引用路径、与哪些GC Roots相关联，才导致垃圾收集器无法回收它们，根据泄漏对象的类型信息 以及它到GC Roots引用链的信息，一般可以比较准确地定位到这些对象创建的位置，进而找出产生内 存泄漏的代码的具体位置。 2.如果不是内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都是必须存活的，那就应当检查Java虚拟机 的堆参数（-Xmx与-Xms）设置，与机器的内存对比，看看是否还有向上调整的空间。再从代码上检查 是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况，尽量减少程序运行期的内存消耗。
由于HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此对于HotSpot来说，-Xoss参数（设置 本地方法栈大小）虽然存在，但实际上是没有任何效果的，栈容量只能由-Xss参数来设定。关于虚拟机栈和本地方法栈，在《Java虚拟机规范》中描述了两种异常： 1.如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。 2.如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出 OutOfMemoryError异常。 HotSpot虚拟机 的选择是不支持扩展，所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现 OutOfMemoryError异常，否则在线程运行时是不会因为扩展而导致内存溢出的，只会因为栈容量无法 容纳新的栈帧而导致StackOverflowError异常。
设置一下栈内存-Xss1m 示例代码：
public class JvmLoadDemo { public int i = 0; public void stackleak(){ i++; //一次次创建新的栈帧，直到耗尽栈深 stackleak(); } public static void main(String[] args) { JvmLoadDemo jvmLoadDemo = new JvmLoadDemo(); try { jvmLoadDemo.stackleak(); } catch (Error e) {//捕获StackOverflowError，是Error不是Exception,可以捕获Error或者Throwable System.out.println(jvmLoadDemo.i); throw e; } } } 18420 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at com.example.demo.JvmLoadDemo.stackleak(JvmLoadDemo.java:13) at com.example.demo.JvmLoadDemo.stackleak(JvmLoadDemo.java:13)递归18420次时候抛错误StackOverflowError，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当新的栈帧内存无法分配的时候， HotSpot虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。
我们再来看看方法区的其他部分的内容，方法区的主要职责是用于存放类型的相关信息，如类 名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于这部分区域的测试，基本的思路是运行时产 生大量的类去填满方法区，直到溢出为止。 在JDK 8以后，永久代便完全退出了历史舞台，元空间作为其替代者登场。在默认设置下，已经很难再迫使虚拟机产生方法区的溢出异常了。 ·-XX：MaxMetaspaceSize：设置元空间最大值，默认是-1，即不限制，或者说只受限于本地内存 大小。·-XX：MetaspaceSize：指定元空间的初始空间大小，以字节为单位，达到该值就会触发垃圾收集 进行类型卸载，同时收集器会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放 了很少的空间，那么在不超过-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话）的情况下，适当提高该值。 ·-XX：MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空间剩余容量的百分比，可 减少因为元空间不足导致的垃圾收集的频率。类似的还有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最 大的元空间剩余容量的百分比。 String::intern()是一个本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象的引用；否则，会将此String对象引用添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。
jdk8下的示例
public class JvmLoadDemo { public int i = 0; public static void main(String[] args) { //常量池中创建Demo,返回给a引用 String a = "Demo"; //堆中创建b对象值javaJVM（字符串不在常量池） String b = new StringBuilder("java").append("JVM").toString(); //常量池没有javaJVM，所以b.intern()将b引用放进字符串常量池 true System.out.println(b.intern() == b); //堆中创建c对象值Demo（字符串不在常量池） String c = new StringBuilder("Demo").toString(); //c.intern()判断常量池是否有Demo，如果有返回Demo引用，跟a引用相同 //栈中c指向堆对象c，栈中c.intern()指向a false System.out.println(c.intern() == c); //true System.out.println(c.intern() == a); } } true false true