在JVM中內存一共有3種：Heap（堆內存），Non-Heap（非堆內存） [3]和Native（本地內存）。 [1]
堆內存是運行時分配所有類實例和數組的一塊內存區域。非堆內存包含方法區和JVM內部處理或優化所需的內存，存放有類結構（如運行時常量池、字段及方法結構，以及方法和構造函數代碼）。本地內存是由操作系統管理的虛擬內存。當一個應用內存不足時就會拋出java.lang.OutOfMemoryError 異常。 [1]
| 問題 | 表象 | 診斷工具 |
| 內存不足 | OutOfMemoryError | Java Heap Analysis Tool(jhat) [4] Eclipse Memory Analyzer(mat) [5] |
| 內存泄漏 | 使用內存增長，頻繁GC | Java Monitoring and Management Console(jconsole) [6] JVM Statistical Monitoring Tool(jstat) [7] |
| 一個類有大量的實例 | Memory Map(jmap) - "jmap -histo" [8] | |
| 對象被誤引用 | jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4] | |
| Finalizers | 對象等待結束 | jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4] |
OutOfMemoryError在開發過程中是司空見慣的，遇到這個錯誤，新手程序員都知道從兩個方面入手來解決：一是排查程序是否有BUG導致內存泄漏；二是調整JVM啟動參數增大內存。OutOfMemoryError有好幾種情況，每次遇到這個錯誤時，觀察OutOfMemoryError后面的提示信息，就可以發現不同之處，如：
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
雖然都叫OutOfMemoryError，但每種錯誤背后的成因是不一樣的，解決方法也要視情況而定，不能一概而論。只有深入了解JVM的內存結構並仔細分析錯誤信息，才有可能做到對症下葯，手到病除。
JVM規范
JVM規范對Java運行時的內存划定了幾塊區域（詳見這里），有：JVM棧（Java Virtual Machine Stacks）、堆（Heap）、方法區（Method Area）、常量池（Runtime Constant Pool）、本地方法棧（Native Method Stacks），但對各塊區域的內存布局和地址空間卻沒有明確規定，而留給各JVM廠商發揮的空間。
HotSpot JVM
Sun自家的HotSpot JVM實現對堆內存結構有相對明確的說明。按照HotSpot JVM的實現，堆內存分為3個代：Young Generation、Old(Tenured) Generation、Permanent Generation。眾所周知，GC（垃圾收集）就是發生在堆內存這三個代上面的。Young用於分配新的Java對象，其又被分為三個部分：Eden Space和兩塊Survivor Space(稱為From和To)，Old用於存放在GC過程中從Young Gen中存活下來的對象，Permanent用於存放JVM加載的class等元數據。詳情參見HotSpot內存管理白皮書。堆的布局圖示如下：
根據這些信息，我們可以推導出JVM規范的內存分區和HotSpot實現中內存區域的對應關系：JVM規范的Heap對應到Young和Old Generation，方法區和常量池對應到Permanent Generation。對於Stack內存，HotSpot實現也沒有詳細說明，但HotSpot白皮書上提到，Java線程棧是用宿主操作系統的棧和線程模型來表示的，Java方法和native方法共享相同的棧。因此，可以認為在HotSpot中，JVM棧和本地方法棧是一回事。
操作系統
由於一個JVM進程首先是一個操作系統進程，因此會遵循操作系統進程地址空間的規定。32位系統的地址空間為4G，即最多表示4GB的虛擬內存。在Linux系統中，高地址的1G空間（即0xC0000000~0xFFFFFFFF）被系統內核占用，低地址的3G空間（即0×00000000~0xBFFFFFFF）為用戶程序所使用（顯然JVM進程運行在這3G的地址空間中）。這3G的地址空間從低到高又分為多個段；Text段用於存放程序二進制代碼；Data段用於存放編譯時已初始化的靜態變量；BSS段用於存放未初始化的靜態變量；Heap即堆，用於動態內存分配的數據結構，C語言的malloc函數申請的內存即是從此處分配的，Java的new實例化的對象也是自此分配。不同於前面三個段，Heap空間是可變的，其上界由低地址向高地址增長。內存映射區，加載的動態鏈接庫位於這個區中；Stack即棧空間，線程的執行即是占用棧內存，棧空間也是可變的，但它是通過下界從高地址向低地址移動而增長的。詳情參見這里。圖示如下：
JVM本身是由native code所編寫的，所以JVM進程同樣具有Text/Data/BSS/Heap/MemoryMapping/Stack等內存段。而Java語言的Heap應當是建立在操作系統進程的Heap之上的，Java語言的Stack應該也是建立操作系統進程Stack之上的。 綜合HotSpot的內存區域和操作系統進程的地址空間，可以大致得到下列圖示：
Java線程的內存是位於JVM或操作系統的棧（Stack）空間中，不同於對象——是位於堆（Heap）中。這是很多新手程序員容易誤解的地方。注意，“Java線程的內存”這個用詞不是指Java.lang.Thread對象的內存，java.lang.Thread對象本身是在Heap中分配的，當調用start()方法之后，JVM會創建一個執行單元，最終會創建一個操作系統的native thread來執行，而這個執行單元或native thread是使用Stack內存空間的。
經過上述鋪墊，可以得知，JVM進程的內存大致分為Heap空間和Stack空間兩部分。Heap又分為Young、Old、Permanent三個代。Stack分為Java方法棧和native方法棧（不做區分），在Stack內存區中，可以創建多個線程棧，每個線程棧占據Stack區中一小部分內存，線程棧是一個LIFO數據結構，每調用一個方法，會在棧頂創建一個Frame，方法返回時，相應的Frame會從棧頂移除（通過移動棧頂指針）。在這每一部分內存中，都有可能會出現溢出錯誤。回到開頭的OutOfMemoryError，下面逐個說明錯誤原因和解決方法（每個OutOfMemoryError都有可能是程序BUG導致，因此解決方法不包括對BUG的排查）。
OutOfMemoryError
1.java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
原因：Heap內存溢出，意味着Young和Old generation的內存不夠。
解決：調整java啟動參數 -Xms -Xmx 來增加Heap內存。
堆內存溢出時，首先判斷當前最大內存是多少（參數：-Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=），可以通過命令 jinfo -flag MaxHeapSize 查看運行中的JVM的配置，如果該值已經較大則應通過 mat 之類的工具查找問題，或 jmap -histo查找哪個或哪些類占用了比較多的內存。參數-verbose:gc(-XX:+PrintGC) -XX:+PrintGCDetails可以打印GC相關的一些數據。如果問題比較難排查也可以通過參數-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError在OOM之前Dump內存數據再進行分析。此問題也可以通過histodiff打印多次內存histogram之前的差值，有助於查看哪些類過多被實例化，如果過多被實例化的類被定位到后可以通過btrace再跟蹤。 下面代碼可再現該異常： List<String> list = new ArrayList<String>(); while(true) list.add(new String("Consume more memory!"));
2.java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
原因：Stack空間不足以創建額外的線程，要么是創建的線程過多，要么是Stack空間確實小了。
解決：由於JVM沒有提供參數設置總的stack空間大小，但可以設置單個線程棧的大小；而系統的用戶空間一共是3G，除了Text/Data/BSS/MemoryMapping幾個段之外，Heap和Stack空間的總量有限，是此消彼長的。因此遇到這個錯誤，可以通過兩個途徑解決：1.通過-Xss啟動參數減少單個線程棧大小，這樣便能開更多線程（當然不能太小，太小會出現StackOverflowError）；2.通過-Xms -Xmx 兩參數減少Heap大小，將內存讓給Stack（前提是保證Heap空間夠用）。
在JVM中每啟動一個線程都會分配一塊本地內存，用於存放線程的調用棧，該空間僅在線程結束時釋放。當沒有足夠本地內存創建線程時就會出現該錯誤。通過以下代碼可以很容易再現該問題： [2] while(true){ new Thread(new Runnable(){ public void run() { try { Thread.sleep(60*60*1000); } catch(InterruptedException e) { } } }).start(); }
3.java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：Permanent Generation空間不足，不能加載額外的類。
解決：調整-XX:PermSize= -XX:MaxPermSize= 兩個參數來增大PermGen內存。一般情況下，這兩個參數不要手動設置，只要設置-Xmx足夠大即可，JVM會自行選擇合適的PermGen大小。
PermGen space即永久代，是非堆內存的一個區域。主要存放的數據是類結構及調用了intern()的字符串。 List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>(); while(true){ MyClassLoader cl = new MyClassLoader(); try{ classes.add(cl.loadClass("Dummy")); }catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } 類加載的日志可以通過btrace跟蹤類的加載情況： import com.sun.btrace.annotations.*; import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*; @BTrace public class ClassLoaderDefine { @SuppressWarnings("rawtypes") @OnMethod(clazz = "+java.lang.ClassLoader", method = "defineClass", location = @Location(Kind.RETURN)) public static void onClassLoaderDefine(@Return Class cl) { println("=== java.lang.ClassLoader#defineClass ==="); println(Strings.strcat("Loaded class: ", Reflective.name(cl))); jstack(10); } } 除了btrace也可以打開日志加載的參數來查看加載了哪些類，可以把參數-XX:+TraceClassLoading打開，或使用參數-verbose:class（-XX:+TraceClassLoading, -XX:+TraceClassUnloading），在日志輸出中即可看到哪些類被加載到Java虛擬機中。該參數也可以通過jflag的命令java -jar jflagall.jar -flag +ClassVerbose動態打開-verbose:class。
下面是一個使用了String.intern()的例子：
List<String> list = new ArrayList<String>();
int i=0;
while(true) list.add(("Consume more memory!"+(i++)).intern());
你可以通過以下btrace腳本查找該類調用：
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
@BTrace
public class StringInternTrace {
@OnMethod(clazz = "/.*/", method = "/.*/",
location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "java.lang.String", method = "intern"))
public static void m(@ProbeClassName String pcm, @ProbeMethodName String probeMethod,
@TargetInstance Object instance) {
println(strcat(pcm, strcat("#", probeMethod)));
println(strcat(">>>> ", str(instance)));
}
}
4.java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
原因：這個錯誤比較少見（試着new一個長度1億的數組看看），同樣是由於Heap空間不足。如果需要new一個如此之大的數組，程序邏輯多半是不合理的。
解決：修改程序邏輯吧。或者也可以通過-Xmx來增大堆內存。
詳細信息表示應用申請的數組大小已經超過堆大小。如應用程序申請512M大小的數組，但堆大小只有256M，這里會拋出OutOfMemoryError，因為此時無法突破虛擬機限制分配新的數組。在大多少情況下是堆內存分配的過小，或是應用嘗試分配一個超大的數組，如應用使用的算法計算了錯誤的大小。
5.在GC花費了大量時間，卻僅回收了少量內存時，也會報出OutOfMemoryError，我只遇到過一兩次。當使用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseConcMarkSweepGC收集器時，在上述情況下會報錯，在HotSpot GC Turning文檔上有說明：
The parallel(concurrent) collector will throw an OutOfMemoryError if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.
對這個問題，一是需要進行GC turning，二是需要優化程序邏輯。
6.java.lang.StackOverflowError
原因：這也內存溢出錯誤的一種，即線程棧的溢出，要么是方法調用層次過多（比如存在無限遞歸調用），要么是線程棧太小。
解決：優化程序設計，減少方法調用層次；調整-Xss參數增加線程棧大小。
7.java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?
本地內存分配失敗。一個應用的Java Native Interface(JNI)代碼、本地庫及Java虛擬機都從本地堆分配內存分配空間。當從本地堆分配內存失敗時拋出OutOfMemoryError異常。例如：當物理內存及交換分區都用完后，再次嘗試從本地分配內存時也會拋出OufOfMemoryError異常。
8. java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace> (Native method)
如果異常的詳細信息是 <reason> <stack trace> (Native method) 且一個線程堆棧被打印，同時最頂端的楨是本地方法，該異常表明本地方法遇到了一個內存分配問題。與前面一種異常相比，他們的差異是內存分配失敗是JNI或本地方法發現或是Java虛擬機發現。
9.java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
即從Direct Memory分配內存失敗，Direct Buffer對象不是分配在堆上，是在Direct Memory分配，且不被GC直接管理的空間（但Direct Buffer的Java對象是歸GC管理的，只要GC回收了它的Java對象，操作系統才會釋放Direct Buffer所申請的空間）。通過-XX:MaxDirectMemorySize=可以設置Direct內存的大小。
List<ByteBuffer> list = new ArrayList<ByteBuffer>();
while(true) list.add(ByteBuffer.allocateDirect(10000000));
10. java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
JDK6新增錯誤類型。當GC為釋放很小空間占用大量時間時拋出。一般是因為堆太小。導致異常的原因：沒有足夠的內存。可以通過參數-XX:-UseGCOverheadLimit關閉這個特性。
11. java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?
本地內存分配失敗。一個應用的Java Native Interface(JNI)代碼、本地庫及Java虛擬機都從本地堆分配內存分配空間。當從本地堆分配內存失敗時拋出OutOfMemoryError異常。例如：當物理內存及交換分區都用完后，再次嘗試從本地分配內存時也會拋出OufOfMemoryError異常。
12. java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace> (Native method)
如果異常的詳細信息是 <reason> <stack trace> (Native method) 且一個線程堆棧被打印，同時最頂端的楨是本地方法，該異常表明本地方法遇到了一個內存分配問題。與前面一種異常相比，他們的差異是內存分配失敗是JNI或本地方法發現或是Java虛擬機發現。