深入理解Java虚拟机之内存详解

Java虚拟机在执行Java程序的过程中，会把它所管理的内存划分为若干不同的区域，包括程序计数器、堆、虚拟机栈、方法区、本地方法栈。

• 程序计数器

       程序计数器是一块较小的空间，可以看做是当前线程所执行的行号指示器。通过改变这个程序计数器的值来取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要这个计数器来完成。

       每个线程都需要有一个独立的程序计数器，各个线程之间程序计数器互不影响，独立存储，为线程私有的内存。如果正在执行的是Java方法，则程序计数器存储的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果是Native方法（），这个程序计数器为空。程序计数器是唯一没有OutMemoryError情况的区域。

• 堆

       堆是虚拟机中所管理内存中最大的一块，用于保存对象实例，在虚拟机启动时创建，是线程共享的。

       堆可以处于物理上不连续的空间，只要逻辑上连续即可。

       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。现在垃圾收集器基本采用分代收集算法，所以Java堆又可分为新生代，老年代，新生代又可分为Eden空间和Survivor空间

• 虚拟机栈

       虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法执行时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每个方法调用及完成，都对应一个栈帧的入栈和出栈过程。虚拟机栈也是线程私有的。

       局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用类型，对象引用类型不等同于对象本身，可能是一个对象的起始地址，或者指向一个代表对象的句柄，或其它与对象相关的位置类型。64位长度的long和double基本数据类型占用2个局部变量空间，其他类型占用一个，局部变量表所需空间在编译期间完成分配。

       如果线程所请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常。如果虚拟机可以动态扩展，扩展时无法申请到足够空间则会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区

       方法区用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后产生的代码等数据。

       和Java堆一样不需要连续物理上的内存空间，可以选择固定大小或者可扩展，也可以选择不实现垃圾收集。但数据并非进入这一区域后“永久”存在，这区域的回收目标主要是类型卸载及对常量池的回收。在HotSpot虚拟机中，设计团队将GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代实现方法区。

       当方法区无法内存分配需要时，会抛出OutOfMemoryError异常。

       运行时常量池：

       属于方法区一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等信息外，还有一项信息就是常量池，用于存放编译期产生的各种字面量和符号引用。Class文件的常量池在类加载后存放到运行时常量池中。

(int a=123;其中123为字面量，a为变量。int final b=3.14; b为符号引用。)

• 本地方法栈

       与虚拟机栈类似，两者区别在于虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用的Native方法服务，与虚拟机一样会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

• 直接内存

       直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但这部分被频繁引用，也可能导致OutOfMemoryError异常。

在Java1.4中新加入了NIO类，引入一种基于通道与缓冲区(Buffer)的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能显著提高性能，避免了在Java堆与Native堆中来回复制数据。

       不受Java堆内存限制，但受本机总内存限制。