深入理解JVM：JVM运行时数据区域分类

JVM在执行java程序的过程中会把他所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途和创建、销毁时间。有些区域随着虚拟机的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。根据《Java虚拟机规范1.7》规定，Java虚拟机所管理的内存分为以下几个区域：
程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区、运行时常量池、直接内存
程序计数器
是一块较小的内存空间，他可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，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，线程恢复等基础功能都依靠这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器只有一个内核）都只会执行一个线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，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”内存。
Java虚拟机栈
Java虚拟机栈也是线程私有的，他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存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出入口等。每一个方法从调用到执行完成过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。
经常有人将Java内存分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法是比较粗略的，java的内存区域远比这个复杂。
局部变量表存放了编译期可知的各种数据类型（boolean,byte,char,shot,int,float,long,double）,对象引用类型(reference类型，他不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄或者其他与此对象关联的位置)和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
其中64位长度的lang和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot）,其余数据类型只占用1个。局部变量表所需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局部变量表的大小。
在java虚拟机规范中，对于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StackOverflowException异常；如果虚拟机可以动态扩展，如果扩展到无法申请足够的内存，就会抛出OutMemoryError异常。
本地方法栈
虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法也就是字节码服务的，而本地方法栈则为虚拟机用的Native方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowException和OutMemoryError异常。
Java堆
对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存最大的一块，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要在这里分配内存，所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，随着编译器的发展所有的对象都在对上分配变得不是那么绝对了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候被称作GC堆。从内存回收的角度来看：由于现在收集器基本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，再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存的分配角度来看，线程共享的java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论如何划分都与存放内容无关，无论哪个区域存储的依然是实例对象，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的回收内存。
根据Java虚拟机的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，只要逻辑上连续的即可。
方法区
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的区域，他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虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是他有别名——非堆，为了与java堆区分开来。
对于习惯在Hotspot虚拟机上开发、部署的开发者来说，很多人愿意把方法区称为永久代，本质上两者并不等价。根据java虚拟机规范当方法区无法满足内存分配需求时将抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池
是方法区的一部分，Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量中存放。他也是方法区的一部分，无法满足内存分配需求时将抛出OutOfMemoryError异常。
直接内存
不是虚拟机运行时数据区一部分，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的使用，而且可能导致OutOfMemoryError异常。直接内存的分配不会受到java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机内存的限制。运维在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。