Java内存区域

JVM根据执行Java程序的过程中把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

1、程序计数器（Program Counter Register，PCR）

这是一块较小的内存空间，在JVM概念模型里，字节码解释器工作时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指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程回复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

JVM的多线程是通过线程轮流切换并且分配处理器执行时间来实现的（并发，concurrent），因此为了线程切换之后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的PCR，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。

如果线程正在执行一个Java方法，则这个PCR记录的是正在执行的JVM字节码指令的地址；如果是native方法，这个计数器值为空（Undefined）。

这个内存区域是JVM规范中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

2、Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

Java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期和线程相同。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会产生一个栈帧（Stack Frame，方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成，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内存区分为堆空间（Heap）和栈空间（Stack），这种分法太过粗糙，JMM的划分远比这复杂。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用（reference类型，不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能时指向一个代表对象句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

long和double类型的数据占用两个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需要的内存空间在编译期间完成分配。当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变这个局部变量表的大小。

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据所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；

如果虚拟机无法申请到足够的内存时，会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是十分相似的，也是线程私有的，区别在于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。有的虚拟机甚至将NMS和JVMS合在一起。

和JVMS一样，NMS会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4、Java堆（Java Heap）

一般来说这是JVM管理的内存中最大的一块，是所有线程都共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

JVM规范原话是：The heap is the runtime data area from whick memory for all class instances and arrays is allocated.(所有对象实例和数组都要在堆上分配)。//虽然随着技术的发展，这句话不那么绝对了

Java堆（由于是GC的主要管理区域，也被称为GC堆）从内存回收的角度来看，由于现在GC基本采用分代收集算法，所以Java堆可以细分为新生代和老年代。再细致可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

从内存分配角度来看，线程共享的Java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。

根据JVM规范，java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可。当前的JVM基本都可以通过-Xmx和-Xms控制Java堆的大小。

当堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法再扩展时，就会抛出OutOfMemoryError。

5、方法区（Method Area）

方法区和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储以已经被JVM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。虽然JVM把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它又一个别名叫做Non-Heap（非堆）方便和Java堆区分。

JVM规范对方法区的限制十分宽松，不需要连续的内存并且可以固定大小或者可扩展，还可以不实现GC。

GC在这个区域很少出现，但是不意味着数据进入这个区域就能永久存在，在这个区域的垃圾回收仍然十分重要，否则会出现内存泄漏。

当方法区无法满足内存分配需求的时候，将抛出OutOfMemoryError异常。

6、运行时常量池（Runtime Constant Pool）

这是方法区的一部分，也是线程共享的区域，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息之外，还有一项常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征就是具有动态性，Java语言不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法去运行时常量池，运行期间也能将新的常量放入池中，比如String类的intern()方法(本质上String类型是常量)。

由于运行时常量池是方法区的一部分，所以当无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

7、直接内存（Direct Memory）

这不是JVM运行时数据区的一部分，也不是JVM规范中定义的内存区域，但是这部分内存也会被频繁使用，而且也在无法申请到内存的时候抛出OutOfMemoryError异常。

在jdk 1.4之后加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的I/O方式，可以使用Native库函数直接分配堆外内存，然后通过一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。