我们首先了解下什么是JVM。

JVM（Java Virtual Machine），简而言之就是java程序的运行环境（java二进制字节码的运行环境）。以下表格比较了JVM、JRE和JDK之间的关系：

JVM	Java Virtual Machine
JRE	JVM+基础类库
JDK	JVM+基础类库+编译工具
开发javase程序	JDK+IDE工具
开发javaee程序	JDK+IDE工具+应用服务器

JVM的内存可以分为5大块：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆以及方法区

1、程序计数器，也称为寄存器。我们知道，java程序的执行顺序是jvm指令->解释器->机器码->CPU，那么程序计数器的作用就是在程序执行的过程中，记住下一条JVM指令的执行地址。当执行完当前JVM指令之后，会在程序计数器中获取到下一条JVM指令的地址，以此去寻找下一条指令。

要记住，程序计数器是每条线程私有的。当线程因为某种原因暂停执行后，该条线程的程序计数器会记录下条指令的地址，等结束暂停后，线程可以从停止的地方继续执行。而且，程序计数器不会存在内存溢出。

2、虚拟机栈，就是每个线程运行需要的内存空间。一个栈由多个栈帧组成，栈帧对应着每个方法运行时需要的内存（参数，局部变量，返回地址等），每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。

当方法结束调用后，对应的栈帧就会被移除出栈。

我们以debug方式运行代码：

查看debug界面可以发现，main、method1和method2方法都以上文的方式被压入栈中：

所以可以知道，垃圾回收不涉及栈内存，因为方法调用完被移除之后，内存就会被释放掉。我们可以通过-Xss设定栈内存的大小，但是请注意，因为我们的物理内存是固定的，所以栈内存并不是越大越好，栈内存设置的越大，我们的线程数量反而越少。

既然可以分配栈的大小，那么什么情况下会出现栈内存溢出呢？第一种是栈帧过多导致栈内存溢出，第二种就是栈帧过大导致栈内存溢出。请看如下代码：

public class Demo1_3 {
    public static void main(String args[]) {
        try {
            m1();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static void m1() {
        m1();
    }
}

由于对m1进行了递归调用，且没有设置退出条件，所以运行后会抛出栈内存溢出错误：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

这里还有一个问题，如果多个线程执行m1方法，内部的变量x是线程安全的吗？答案是肯定的，因为每个线程都有自己的栈，栈内的栈帧都会存在自己的变量x，所以方法内的局部变量是线程安全的。

public class Demo1_2 {
    static void m1() {
        int x = 0;
        for (int i=0; i<5000; i++) {
            x ++;
        }
        System.out.println(x);
    }
}

但是如果变量x是每个方法公有的，那就需要考虑线程安全的问题了，比如用static修饰：

static int x = 0;

3、本地方法栈，就是给本地方法的运行提供运行空间。本地方法，指那些不是由Java代码编写的方法，可以通过本地方法去调用解释器、即时编译器或者垃圾回收器。比如Object类中的clone()方法，真正实现的是c和c++：

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

4、堆。通过new创建的对象都会使用堆内存，可以通过-Xmx设定堆空间大小。堆有两大特点，一是线程共享，堆中的对象都需要考虑线程安全的问题，二是它有垃圾回收机制。

我们首先看一下堆内存溢出的问题，请看如下代码：

public class Demo1_4{
    public static void main(String args[]) {
        try {
            List<String> list = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while(true) {
                list.add(a);
                a = a + a;
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行后抛出堆内存溢出错误：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

5、方法区，是所有JVM共享的区域，存储了跟类的结构相关的信息：运行时常量池，类的成员变量，方法数据，以及成员方法和构造器方法的代码等。方法区是在JVM启动时被创建的，可以通过-XX:MaxMetaspaceSize=10m设置方法区的大小。下图就是JDK1.8中的内存结构：

可以看到，Metaspace作为方法区的实现，包含了Class、ClassLoader和常量池。方法区也会有内存溢出，即元空间的内存溢出：

public class Demo1_5 extends ClassLoader{
    public static void main(String args[]) {
        try {
            Demo1_5 test = new Demo1_5();
            //加载10000个新的类
            for (int i=0; i<10000; i++) {
                //生成类的二进制字节码
                ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
                //参数含义：版本号，public，类名，包名，父类，接口
                cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class"+i, null, "java/lang/object", null);
                //返回类的byte数组
                byte[] code = cw.toByteArray();
                //执行类的加载
                test.defineClass("Class"+i, code, 0, code.length);
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述案例演示了加载的类数量过多导致元空间内存溢出，以下是运行后结果：

Error occurred during initialization of VM
MaxMetaspaceSize is too small.