JVM的内存模型

1.程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空间，它的作用可以看做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跳需要执行的字节码指令，分支、循环、

跳转、异常处理、线程恢复等基本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
的是一个Native方法，这个计数器则为空。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有任何没有规定任何
OutOfMemoryError情况的区域。
2.Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的声明周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行
的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口
等信息。每一个方法被调用的直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
经常有人把内存区分为堆内存和栈内存，所指的“栈”就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int.float,long,double），对象
引用和return Address类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2
个局部变量空间（slot），其余的数据类型只占用1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局部变量
表的大小。
在Java虚拟机规范中，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，当扩展是无法申请到足够的内存时会抛出
OutOfMemoryError异常。
3.本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常类似的，其区别不过是虚拟机栈为为虚拟机执行Java方法服务，二本
地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法所使用的语言，使用方式
与数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。本地方法栈区也会抛出StackOverFlowError和
OutOfMemoryError异常
4.java堆
对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区
域，在虚拟机启动时自动创建。此内存区域的唯一目标就是存放对象的实例，几乎所有的对象实例以及数组都要
在堆上分配。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆”(Garbage Collected Heap)。如果从内存
回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代，
在细致一点的有Eden空间、From Survivor空间，To Survivor空间等。如果从内存分配的角度看，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，都与存放的内容无关，无论哪个区域，存
储的都仍然是对象实例，进一步划分是为了更好的回收内存，或者更快地分配内存。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果堆中没有完成实例分配，并且对也
无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5.方法区
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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。
Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩
展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方

法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，

条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。

6.运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分。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，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常
量池中。Java虚拟机对Class文件的每一部分的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储那种数据都必须符合规
范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和运行。但但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的
要求。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译
期间产生，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，运行期间也可能几样新
的常量池放入池中。
运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存是会抛出
OutOfMemoryError异常。
7.直接内存
直接内存，并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范定义的内存区域，但是这部分内存也被
频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
在JDK1.4中新加入了NIO（New input/output）类，引入了一种基于通道与缓冲区的IO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堆里面的DirectoryByteBuffer对象作为这块内存中的引用进行
操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
显然，本机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，则肯定还是会受到本地总内存的大
小以及寻址空间的限制。


Java堆内存的OutOfMemoryError异常是实际应用中最常见的内存溢出异常状况。出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError"会跟着进一步提示"Javaheapspace"
要解决这个区域的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具对Dump出来的数据进行分子。重点确认内存中的对象是否是必要的，也就是先要分清楚是出现了内存泄露还是内存溢出。
要是内存泄露，可进一步通过查看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收他们的。掌握了泄露对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄露代码的位置。
如果不存在泄露，换句话说就是内存中的对象却是都还或者，那就应当检查虚拟机的参数，与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象声明周期过长，持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期间的内存消耗。