《深入理解java虚拟机》学习笔记三/Java内存区域

2.2运行时数据区域

     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。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

如图(截图自PDF)：

详细介绍：

2.2.1     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。

2.2.2     java虚拟机栈

     java虚拟机栈也是线程私有的，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用于存储局部变量表、操作数栈、动态链表、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。

     局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(byte,short,int,long,float,double,char,boolean)、对象引用(reference了些，它不等同于对象本身，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(指向了一条字节码指令的地址)

     该区域会出现的异常:

          名称：StackOverflowError

          原因：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度

          名称：OutOfMemoryError异常

          原因：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

2.2.3     本地方法栈

     本地方法栈与虚拟机栈的作用是类似的

     区别：

          虚拟机栈为虚拟机执行java方法(也就是字节码)服务

          本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

     在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式、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。

     异常：该区域的异常也为StackOverflowError和OutOfMemoryError

2.2.4     java堆

     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区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。java虚拟机规范中说：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，因此也被称为GC堆。

     从内存回收的角度看，现在的垃圾回收使用的是分代收集算法，所以java堆还可细分为新生代和老年代。

     再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Surivivor空间等。

     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

     无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域存放的都仍然是实例对象。

     进一步划分是为了更好的回收内存，更快的分配内存。

     堆内存不需要物理上连续，只需要逻辑上连续即可，所以支持扩展。如果在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。

2.2.5     方法区

     方法区也是各个线程所共享的区域，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。规范中提到方法区是堆的一个逻辑区域。

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

2.2.6     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，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，着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。

     Java虚拟机堆Class文件的每一部分(自然有也包括常量池)的格式都有严格规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可，装载和执行。但对于运行时常量池，java虚拟机规范没有做任何细节要求。

     当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.7     直接内存

     直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是虚拟机规范中定义的内存区域。

     在JDK1.4引入了 NIO类，一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接饭呢陪对外内存，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。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。

     显然本机内存不会收到java堆大小的限制，但是会受到本机内存大小的限制，如果各个内存区域总和大于物理内存限制，在动态扩展时也会出现OutOfMemoryError异常。