一、概述
运行时数据区是jvm运行时的内存布局，类装载到内存后存放的位置，为执行引擎提供所需指令和数据。运行时数据区包括：堆、栈、方法区、本地方法栈、pc计数器。
接下来会详细介绍各个部分，并介绍直接内存访问和方法区中的常量池，另外对于每个区域可能发生的内存异常用demo做讲解。
二、详细介绍各部分
1、堆
分配运行时产生的对象分配在堆中，但是并不是一定就分配在堆中，随着运行时编译器优化技术的不断进步，逃逸分析和标量替换技术的不断成熟，对象也可以分配到栈中。由于jvm内存是由虚拟机自己分配和回收，不需要开发人员手工干预，所以jvm一般会提供gc功能，但是jvm spec并没有明确要求必须提供。
整个系统只有一个堆，所有的对象分配都在一个逻辑区域。堆是一个多线程共享的区域，所以对堆中对象的访问就需要考虑并发。（jvm有什么措施）。
在jvm的实现中，一般堆都会划分成不同的区域，比如hotspot vm的堆划分为年轻代Eden、中生代Survivor和年老代Tenured区域，根据对象存活的年龄放到不同的区域，区域的大小可以通过参数设置。这些讲到gc的时候会详细讲解。
如果要存放的对象超过了堆的最大大小，则会抛出OutOfMemoryError，简称OOM异常。
2、栈
栈主要是运行时存放在方法调用信息（编译器已确定占用空间的东西怎么体现）的区域，栈是线程私有的，每个线程都有一个栈，线程生而栈生，线程死而栈灭。
栈中内存不需要额外收集，每次方法调用完成后都会自动回收。hospot vm中可以通过-Xss设置栈大小，默认是2m。
每次方法调用，都会产生一个栈帧，方法调用结束都会弹出栈帧。栈帧主要包括局部变量表、操作数栈、帧数据区。帧数据区又包括运行时解析常量池会用到的常量池指针、方法返回信息、指向异常的信息（还有什么）
所有栈占用的内存大小怎么计算？虚拟机整个的内存-堆内存-方法区内存-pc计数器-本地方法栈？
如果栈可以动态的在堆中分配，则如果分配不了更多的栈内存的时候会抛出OOM异常，否则会抛出StackOverflowError
3、方法区
方法区存class文件加载到内存后的类型信息，如类型描述符、全限定名、接口、字段、方法、属性信息，还有运行时常量池、指向堆中Class实例和ClassLoader实例的信息。另外还存放jit编译产生的本地代码。
方法区在逻辑上是堆的一部分，但是不同的虚拟机有不同的叫法，hotspot叫做non-heap内存，IBM J9和Jrockit则没有这种叫法。hotspot后续版本也会去掉这种叫法，放到native memory的区域
方法区的类型信息也可以卸载，及gc，但是比较严格，像java动态代理生成的代理类经常会被卸载。类型信息要被卸载必须满足这些条件：a、类型所有实例都被回收了 b、Class对象被回收了 c、加载该类的ClassLoader已经被回收 d、还有什么
该区域也会内存溢出，溢出时候抛出OOM异常，如果jar包太多而方法区内存太小或者运行时动态向常量池添加太多东西，就会抛出OOM
4、本地方法栈
执行本地代码的时候用到的栈，hotspot的本地方法栈和栈是同一块区域。
5、pc计数器
指向当前线程将要指向的下一条指令，线程私有的区域，一个线程有一个pc计数器。该区域不会抛出异常。一个字长
6、Direct Memory
java1.4开始提供了NIO，大量读取数据的时候，不用先把数据拷入jvm内存中，直接从os内存读取。所以该区域不占用jvm的堆内存，通过参数-XX:MaxDirectMemorySize设置该区域大小，如果不设置默认跟堆大小一样大。
该区域会抛出OOM异常，何时？
7、常量池
类文件的常量池装载进内存后同样会形成常量池，这是运行时常量池。与类文件常量池不同的是，运行时常量池在使用的时候需要解析，需要把一些entry的符号引用转化成直接引用。
如3提到，此区域在内存不够用时会抛出OOM。
三、例子
1、堆
先创建一个包含大对象的类
1. package
2. public class
3. int[] value;
4. private static final int M1 = 1024 * 1024;
5.
6. public
7. //4 * 1m = 4m
8. this.value = new int[M1];
9. }
10. }
循环创建类，注释中-Xmx10m是启动时虚拟机参数，最大堆内存是10m
1. package
2.
3. import
4.
5. public class
6.
7. /**
8. * -Xmx10m
9. * @param args
10. */
11. public static void
12. new BigObejct[20];
13. for(int i = 0;i < 20;i++){
14. new
15. }
16. }
17.
18. }
堆溢出，注意此处OutOfMemoryError: Java heap space表明是堆空间溢出
1. Exception in thread "main"
2. 8)
3. 15)
2、栈溢出错误StackOverflowError
1. package
2.
3. public class
4.
5. /**
6. * -Xss500k 如果加上此参数则不会出现StackOverflowError
7. * @param args
8. */
9. public static void
10. 5000, 1, 1);
11. }
12. public static void recursiveInvoke(int cnt,int param1,int
13. if(cnt == 0){
14. return;
15. }
16. int newCnt = cnt - 1;
17. int
18. int
19. recursiveInvoke(newCnt, param4, param3);
20. }
21.
22. }
不加-Xss参数时候就直接异常了，至少在我的机子上如此；-Xss100k也可以出异常，-Xss500k就正常运行
1. Exception in thread "main"
2. 13)
3. 19)
4. ......
3、方法区
3.1、如果系统非常庞大，比如说一个很大的产品，如ERP系统、CRM系统，里边有非常多的jar包，运行期这些jar都要加载到内存中，而如果方法区设置的过小，就会导致OOM。在客户分阶段上线过程中，第一阶段只上部分模块，比如erp系统只上财务模块，第二期上供应链，第三期上hr、制造，如果前期MaxPermSize设置的过小，就会导致后期部署完相关模块运行过程中出现方法区溢出。此处因为系统代码庞大，代码无法上传。注意此处是PermGen space
1. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
3.2、如果动态创建无数的类放到内存中同样会出现这个问题
1. package
2.
3. import
4.
5. import
6. import
7. import
8.
9. public class
10.
11. /**
12. * -XX:MaxPermSize=10m
13. * @param args
14. * @throws InterruptedException
15. */
16. public static void main(String[] args) throws
17. for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
18. new
19. class);
20. false);
21. new
22. @Override
23. public
24. throws
25. return
26. }
27. });
28. enhancer.create();
29. 20);
30. }
31. }
32. }异常：
1. Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
4、Direct Memory
1. package
2. import
3.
4. import
5.
6. public class
7.
8. private static final int M1 = 1024 * 1024;
9.
10. /**
11. * @param args
12. * @throws IllegalAccessException
13. * @throws IllegalArgumentException
14. * @throws InterruptedException
15. */
16. public static void main(String[] args) throws
17. IllegalAccessException, InterruptedException {
18.
19. class.getDeclaredFields()[0];
20. true);
21. null);
22. for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
23. unsafe.allocateMemory(M1);
24. 2);
25. }
26. 100000);
27.
28. }
29.
30. }
这部分内存的使用情况，目前visualvm工具中是检测不到的
1. Exception in thread "main"
2. at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
3. 24)