JVM 自动内存管理机制包括内存动态分配和垃圾自动收集两部分，可能出现的内存异常包括内存泄漏和内存溢出两种。
内存泄漏：已申请的内存空间无法被主动释放或及时回收，导致可用内存越来越少，最终造成内存溢出。内存溢出：空闲内存不足，无法分配新内存给程序，产生原因包括内存短缺（硬件、系统和虚拟机层面的内存限制）、内存需求过大（深度递归、大规模数据库读取）、内存泄漏等。
硬件级内存限制：物理内存与交换区空间总和。
系统级内存限制：处理器/操作系统位数限制内存寻址空间，32位操作系统寻址空间为2GB。
虚拟机级内存限制：
-Xms、-Xmx等参数设置 JVM 各内存区域大小。
| 内存区域 | 属性 | 数据结构 | 存储内容 | 抛出异常类型 | 垃圾收集 |
|---|---|---|---|---|---|
| 程序计数器 | 线程私有 | 无 | 正在执行的字节码行号 | 无（唯一无异常抛出） | 无 |
| Java 虚拟机栈 | 线程私有 | ջ | Java 方法栈帧 | StackOverflowError / OutOfMemoryError | 无 |
| 本地方法栈 | 线程私有 | ջ | Native 方法栈帧 | StackOverflowError / OutOfMemoryError | 无 |
| Java 堆 | 线程共享 | 堆 | 对象实例 / 数组 | OutOfMemoryError | 有 |
| 方法区 | 线程共享 | 堆 | 类信息 / 常量 / 静态变量/ 即时编译代码 | OutOfMemoryError | 有 |
Java 多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的。程序计数器是实现分支、循环、跳转、异常处理和线程切换与恢复的重要结构。
Sun HotSpot 虚拟机实现过程中将 Java 虚拟机栈与本地方法栈合二为一，统一管理。
String.intern()方法可以实现运行时将新常量加入运行时常量池。
ջ֡是 JVM 方法执行的内存模型，包含局部变量表、操作数栈、动态链接、出口等部分，栈帧从入栈到出栈对应方法从调用到执行完成的过程。
线程私有内存区域随线程创建和撤销而被分配和收集，线程间互不影响，独立存储。
线程共享内存区域在虚拟机启动时创建，关闭时撤销，各线程共享内存空间，为多线程共享数据提供可能，同时存在线程同步问题。
直接内存不属于 JVM 内存区域，在 NIO 等场合应用，受到硬件及系统级内存限制，仍然可能出现 OutOfMemoryError 异常。
GitHub 源代码地址 [https://github.com/moonspiritacm/OOMTest]。
内存溢出：JVM 分配的 Java 堆空间不足，程序创建的对象实例过多。
内存泄漏：GC 根与无用对象之间存在可达路径导致无法被垃圾收集机制回收。
-Xms Java 堆初始分配内存大小，-Xmx Java 堆最大分配内存大小，二者相等表示禁止堆空间自动扩展。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 堆溢出时保存快照便于事后分析。
通过内存映像分析工具对堆转储快照进行分析，异常产生原因。
对于内存泄漏，通过工具查看泄漏对象到 GC 根的可达路径，定位泄漏代码位置。
对于内存溢出，一方面尽量调大堆空间，一方面修改代码尝试减少程序中对象的生命周期。
import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError * * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class HeapOOM { static class OOMObject { } public static void main(String[] args) { List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>(); while (true) { list.add(new OOMObject()); } } }单线程下，虚拟机栈异常只抛出 StackOverflowError。
JVM 分配栈空间不足。
调用方法过多，递归深度过深，导致栈帧过多，进而引发栈溢出。
方法中本地变量等过多，导致单个栈帧过大，进而引发栈溢出。
-Xss 每个线程分配栈空间大小，-Xoss 每个线程分配本地方法栈大小。对于 Sun HotSpot 虚拟机，虚拟机栈和本地方法栈统一管理，该配置参数无效。
/** * VM Args：-Xss128k * * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class StackSOF { private int stackLength = 1; public void stackLeak() { stackLength++; stackLeak(); } public static void main(String[] args) throws Throwable { StackSOF oom = new StackSOF(); try { oom.stackLeak(); } catch (Throwable e) { System.out.println("stack length:" + oom.stackLength); throw e; } } }多线程下，虚拟机栈异常抛出 OutOfMemoryError。
-Xss 指定每个线程分配栈空间大小，在多线程程序中，该参数设置过大易出现栈内存溢出异常。
总内存空间 = 最大堆容量（Xmx） + 栈总量（n*Xss） + 最大方法区容量（MaxPermSize） + 其他（程序计数器等）
每个进程分配的栈容量越大，可以建立的线程数量就越少，越容易出现内存溢出。
/** * VM Args：-Xss2M * * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class StackOOM { private void dontStop() { while (true) { } } public void stackLeakByThread() { while (true) { Thread thread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { dontStop(); } }); thread.start(); } } public static void main(String[] args) throws Throwable { StackOOM oom = new StackOOM(); oom.stackLeakByThread(); } }JDK 1.7 以前，JVM 采用永久代实现方法区，应用 GC 分代垃圾收集机制。不断将新常量添加到方法区，会导致方法区溢出。
JDK 1.7 开始，运行时常量池已从永久代移除，该方法不再可能导致方法区溢出。其中，符号引用转移到 native heap，字面量转移到 java heap，类的静态变量转移到 java heap。运行时常量池存储的不再是对象，而是对象引用，真正的对象存储在堆中，通过 -Xms 和 -Xmx 限制堆空间可以产生异常，注意此时是 Java 堆溢出而不是方法区溢出。
JDK 1.8 中，永生代被彻底移除，永久代配置参数 -XX:PermSize 和 -XX：MaxPermSize 同时被移除，改用 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 参数设置类的元数据的内存大小。
-XX:PermSize=10M 永生代初始分配内存大小，-XX:MaxPermSize=10M 永生代最大分配内存大小。
类增强技术（CGLib、Spring）、JVM 上的动态语言（Groovy）、JSP 文件（JSP 首次运行时被编译成类）、基于OSGi的应用（同一个类文件被不同加载器加载视为不同的类）等会动态生成大量类，导致方法区溢出。
import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * VM Args：-Xms10m -Xmx10m * * @since JDK1.6 * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class RuntimeConstantPoolOOM { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); int i = 0; while (true) { list.add(String.valueOf(i++).intern()); } } }import java.lang.reflect.Method; import net.sf.cglib.proxy.Enhancer; import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; /** * VM Args：-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M * * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class JavaMethodAreaOOM { public static void main(String[] args) { while (true) { Enhancer enhancer = new Enhancer(); enhancer.setSuperclass(OOMObject.class); enhancer.setUseCache(false); enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { @Override public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { return proxy.invokeSuper(obj, args); } }); enhancer.create(); } } static class OOMObject { } }程序中直接或间接使用 NIO。
直接内存溢出不会再 Heap Dump 文件中观察到，溢出后 Dump 文件很小。
-XX:MaxDirectMemorySize=10M分配直接内存大小，如不指定，默认与-Xmx配置空间相同。
import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Unsafe; /** * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M * * @author moonspirit * @version 1.0 */ public class DirectMemoryOOM { private static final int _1MB = 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws Exception { Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0]; unsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null); while (true) { unsafe.allocateMemory(_1MB); } } }