深入理解Java虚拟机（读书笔记）——运行时数据区域重点

Java虚拟机管理的内存包括以下几个运行时数据区域，其中方法区和堆是由线程共享的数据区，其他几个是线程隔离的数据区。

1.      程序计数器

程序计数器(Program CounterRegister)是一块较小的内存，它可以看做是当前线程所执行的行号指示器。字节码解释器工作的时候就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码的指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

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Native方法，这个计数器则为空。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.      Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈(JavaVirtual Machine Stacks)也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

经常有人把Java内存分为堆内存(Heap)和栈(Stack)内存，这里所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表的部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference，它不同于对象本身，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其他与此对象相关的位置）类型和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

Java虚拟机规范对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。如果虚拟机扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常（意思是内存不足）。

3.      本地方法栈

本地方法栈(native methodstack)与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，它们的区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

注：在Java中，native方法是指本地方法，当在方法中调用一些不是由Java语言写的代码或者在方法中用Java语言直接操纵计算机硬件时要声明为native方法。

简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个NativeMethod是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。这个特征并非java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋编译器去调用一个C的函数。

4.       Java堆

对于大多数应用来说， Java堆(Java Heap)是Java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，在虚拟机启动的时候创建，此内存区域的唯一目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。所有的对象实例和数组都在堆上分配

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”(Garbage Collected Heap)。从垃圾回收的角度来看，Java堆可细分为新生代和老年代。无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的都是为了更好的回收内存，或者更快地分配内存

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有完成实例分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5.      方法区

方法区(Method Area)与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于储存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryErroy异常。

其中程序计数器、虚拟机栈、本地栈3个区域随线程而生，随线程而灭；而Java堆和方法区是线程共享区域。