Jvm 内存模型

简介

java和C++ 的主要区别就是，java中的内存由jvm管理。本篇介绍一下java虚拟机内存的各个区域。

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作当前线程的所执行字节码的行号指示器。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、线程恢复等基础功能都要依赖这个计数器来完成。这个区域对每个线程来说是私有的，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地址;如果执行的是native方法，这个计数器值则为空。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。

java虚拟机栈

java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期和线程相同。用来描述java方法执行的内存模型，每个方法执行的同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。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
这个区域规定了两种异常情况：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;如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用相似，不过，虚拟机栈是为虚拟机执行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。在虚拟机规范中对本顶方法栈中方法使用的语言、使用方法与数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由的实现它。

Java堆

java堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
此区域用来存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配。随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些对象在栈上分配。
java堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候也被成为GC堆，从内存回收的角度看，由于收集器都采用分代收集算法，所以java堆还可以细分为：新生代和老年代，再细致点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。
java堆可以处于物理不连续的内存空间中，在实现时可以是固定大小，也可以是可扩展的（通过-Xmx和-Xms控制）。
如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

是各个线程共享的内存区域，用于存储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。虽然java虚拟机把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆）。
方法区的实现属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范约束。
HotSpot虚拟机使用永久代来实现方法区，这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法去编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机（BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的，用永久代实现方法区，容易遇到内存溢出问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要没有触碰到进程可用内存的上限），而且有极少数方法（例如String.intern()）会因为这个原因导致不同的虚拟机下有不同的表现。
对方法区的内存回收主要是针对常量池的回收和类型的卸载，但是这部分的回收成绩比较难以令人满意。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。用于存放class文件中的常量池，主要包括编译期生成的各种字面量和符号引用
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特性是具备动态性，java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，运行期也可能请新的常量放入池中，例如String类的intern()方法。

直接内存

直接内存不是虚拟机运行时的数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁调用，也可能导致OutOfMemoryError异常。
具体应用：java NIO,引入了一种基于通道（Channel）和缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过存储在堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样能显著提供性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。