笔记：Java虚拟机运行时数据区

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它管的内存划分为以下若干个不同的区域：

 

1、程序计数器

　　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；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，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只能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，每条线程都需要一个独立的程序计数器来记录线程之前执行到哪里了。

　　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地址；如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

　　这个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。

　　是线程私有的内存空间。

 

2、Java虚拟机栈

　　是线程私有内存空间。

　　虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法的出口信息等。每一个方法从调用直到执行完成的过程，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。

　　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（reference类型）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位的long和double类型占用两个局部变量空间，其余数据类型占用1个变量空间。

　　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，在方法运行期间是不会改变局部变量表大小的。

　　在Java虚拟机规范中，这个区域规定了两种异常情况：一、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；二、如果虚拟机可动态扩展（当前大部分虚拟机都可以动态扩展），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

 

3、本地方法栈

　　本地方法栈和Java虚拟机栈发挥的作用非常相似，Java虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法服务的，而本地方法栈是为虚拟机使用Native方法服务的。在虚拟机规范中对本地方法栈使用的语言、使用方式和数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现。

　　在HotSpot虚拟机中把虚拟机栈和本地方法栈合二为一。

　　是线程私有内存空间。

 

4、Java堆

 　　Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。在虚拟机启动的时候创建。

　　Java程序创建的对象实例几乎都在这里分配内存；在Java虚拟机规范中描述：所有的对象实例以及数据都要在堆上分配，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，所有对象分配都在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。

　　Java堆空间还可以分为：新生代和老年代，新生代又可以细分为：Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间。

　　如果在堆上没有内存空间可以完成对象实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryOut异常。

 

5、方法区

　　方法区也是各个线程共享的内存区域。

　　方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

　　在HotSpot虚拟机上，GC分代收集扩展到了方法区，或者说使用永久代来实现方法区，这样可以像管理Java堆内存一样管理方法区内存，一般GC和老年代GC一起触发，所以在HotSpot虚拟机中，方法区也被称为“永久代”。

　　方法区的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载（不过条件相当苛刻）。

　　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

　　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，还有一项信息常量池，用于存放编译器生成的的各种字面常量和符号引用，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。

　　运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特性是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译器才产生，运行期间也可能将新的常量放入到常量池中。

　　当常量池无法申请到内存时将会抛出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虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也会被平凡的用到，也会出现OutOfMemoryError异常。

　　JDK1.4引入了NIO类，一种基于通道（channel）与缓冲区（Buffer）的I/O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堆中的DirectButeBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这种方式避免了Java堆和Native堆中来回复制数据，在一些场景中可以显著提高性能。