《深入理解java虚拟机》学习笔记之java内存模型总结

       在深入理解java虚拟机中有句话写道：Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。

       在学习java的过程中，最常提到的便是堆和栈，除此之外还有方法区。下面我们来看看Java虚拟机运行时的数据区分布：

        1.方法区(Method Area)

2.堆(Heap)

3.虚拟机栈(VM Stack)

4.本地方法栈(Native Method Stack)

5.程序计数器(Program Counter Register)

接下来我们就一一来对以上数据区进行一个总结。

首先说说方法区和堆，这两个内存空间是线程共享的，并且在Java虚拟机规范中，方法区被描述为堆的一个逻辑部分，但是却给了方法区一个“Non-Heap”(非堆)的一个别名，目的是为了更好的区分方法区和堆。由此可知道方法区和堆的共同点和不同点。

1.Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域专门用来存放对象实例，几乎所有的内存对象实例都在这里分配内存(在深入理解Java虚拟机一书中提到，Java虚拟机规范中描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了)。堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上时连续的即可，就像我们的磁盘一样，在实现时既可以实现成固定大小，也可以是扩展的。当堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常，也就是内存溢出异常。

2.方法区，上面也提到了，也是线程共享的一块区域。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。说到方法区就不得不提运行时常量池(Runtime Constant Pool)，它也是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、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池中存放。运行时常量池有一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中的常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量池放入池中，这种特性在开发是利用的比较多的便是String类的intern()方法。根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemtoryError异常，运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时也会抛出该异常。

接下来说说栈和程序计数器，两者都是线程私有的内存区域。

栈分为虚拟机栈和本地方法栈，也有的虚拟机将两者合二为一，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(Stack Frame)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。在开发中常常说的栈其实就是虚拟机栈或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表中存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用类型和returnAddress类型。在Java虚拟机规范中规定，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；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，将会抛出OutOfMemoryError异常。

程序计数器是一块较小的内存空间，它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需要依赖这个计数器来完成。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，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。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”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。