JVM内存区域划分

运行时数据区域

如图，java虚拟机在执行java 程序的过程中会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）

1）定义：程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程所执行的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、线程恢复等功能）

2）线程私有：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实现的，任何时刻，一个处理器都只会执行一条线程的指令。为了能够使线程切换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程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储。

3）异常：此内存区域无OutOfMemoryError情况。

4）计数器用途：若线程正执行一个Java方法，计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址；若线程正在执行的是Native方法，则计数器值为空（undefined）

5）总结特点：线程私有、未规定OutOfMemoryError

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

1）定义：虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，是线程私有的，随着线程生而生，灭而灭（同生命周期）。每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用户存储局部变量表、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，就是对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

2）虚拟机栈中局部变量表部分：通常就是虚拟机栈，存放编译器可知的各种基本数据类型、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，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型。

基本数据类型：boolean、byte、char、short、int、float、long、double；

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，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置

returnAddress类型：指向一条字节码指令的地址

3）局部变量空间（Slot）：除了64位长度的long和double类型的数据占用2个Slot，其他的数据类型都只占用1个slot。局部变量表所需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Slot是完全确定，方法运行期间不改变局部变量表的大小。

4）两种异常情况：若线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常；若虚拟机可以动态扩展，而扩展时无法申请到足够的内存，就抛出OutOfMemoryError异常。

5）总结特点：线程私有，方法（创建栈帧：入栈出栈），局部变量表存放基本数据类型、对象引用类型和returnAddress类型，会出现StackOutflowError和OutOfMemoryError异常

（3）本地方法栈（Native Method Stack）

1）定义：为虚拟机使用本地（Native）方法服务。

2）与虚拟机栈的异同：

同：与虚拟机发挥的作用相似，有的虚拟机（如Sun HotSpot虚拟机）直接将这两者合二为一，都会抛出StackOutOfFlowError和OutOfMemoryError异常；

异：虚拟机为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

（4）Java堆（Java Heap）

1）定义：是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有线程共享，在虚拟机启动时创建。

2）内存目的：该区域唯一目的是存放对象实例，几乎所有实例都是在这里分配内存。（Java虚拟机规范中：所有对象实例以及数组都是在堆上分配。但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术成熟，栈上分配、标量替换优化技术可以使得对象在堆上分配不那么“绝对”，比如可以在栈上分配）

3）GC堆（Garbage Collected Heap）：Java堆时垃圾收集器管理的主要区域，现在收集器主要采用分代收集算法，所以Java堆细分为新生代和老年代，继续细分：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间、Tenured空间等。

4）Java堆空间：在物理上，Java堆可以不连续，但逻辑需要连续（如磁盘空间）；实现方面，可实现成固定大小的，也可以扩展（是当前主流方式，通过-Xmx和-Xms控制）

5）异常：若堆中没有内存完成实例分配且堆无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6）总结特点：线程共享，存放对象实例和数组，GC管理，OutOfMemoryError异常。

（5）方法区（Method Area）

1）定义：方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器后的代码等数据，和Java堆一样，也是线程共享区域。

2）特点：不需要连续的内存和可以选择固定大小或者扩展wait，还可以选择不实现垃圾收集，主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

3）异常：当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

（6）运行时常量池（Runtime Constant Pool）

1）定义：是方法区的一部分。Class文件中除了有类得到版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池（Constant Pool Table），该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。

2）特点：不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需求来实现运行时常量池；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，运行期间也可能将新的常量放进池中，如String类的intern()方法（这些特点都是与Class文件常量池作比较）

3）异常：受方法区的限制，当常量池无法再申请到内存时，会抛出OutOFMemoryError异常。

补充：

直接内存（Direct Memory）

1）该区域不属于虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存预期，但会频繁使用且导致OutOfMemoryError。

2）JDK1.4中新加入的NIO（New Input/Output）类，引入一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，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堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作（可避免在Java堆和Native堆中来回复制数据）

3）不会受到Java堆大小的限制，但受本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制（可通过-Xmx等参数来设置实际内存大小，从而忽视直接内存，使得整个内存区域总和大于物理内存限制，导致OutOfMemoryError异常）