Java虚拟机-内存区域

Java虚拟机在执行程序时会把它所管理的内存划分为若干个区域。分别为线程共享的方法区、堆和线程隔离的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。

• 程序计数器

  程序计数器可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每个线程都拥有自己的程序计数器（指示该线程执行到的位置），这部分内存为线程“私有”的内存。

  如果线程正在执行java方法，这个计数器记录的是正在执行的java指令地址。如果正在执行的是Native方法，这个计数器的值为空（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。

• Java虚拟机栈

  Java虚拟机栈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。每个方法的执行，就对应一个栈帧的入栈到出栈。

  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类型）。这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和double的数据会占用两个局变量槽，其他类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，方法运行期间不会改变局部变量表的大小（变量槽的数量）。

  在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两个异常状态。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，扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常（HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，只要线程申请栈空间成功了就不会有OutOfMemoryError，但如果申请失败还是会抛出OutOfMemoryError）。

• 本地方法栈

  本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用是相似的，他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

  本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

• Java堆

  Java堆（Java Heap）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。

  Java堆的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配。（所有的对象实例一季数组都要在堆上分配）但是随着JIT编译器的发展与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”。

  Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作“GC堆”（Garbage Collected Heap）。由于现在收集器都采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为新生代、老年代、Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的本地线程分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer， TLAB）。

  根据Java虚拟机规范规定，Java堆可以处于物理上不连续的空间中，大小通过-Xms和-Xmx控制。如果Java堆中没有内存完成实例分配，堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区（Method Area、Non-Heap）

  方法区用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译后的代码缓存等数据。

  在HotSpot虚拟机上，尤其是在JDK8以前，方法区又被称为“永久代”，仅仅是因为HotSpot虚拟机将GC分代收集扩展至方法区。但这样设计更容易遇到内存溢出问题，永久代有-XX:MaxPermSize的上限，而J9和JRocket只要不触碰到进程可用内存上限就不会出现问题。（JDK1.7的HotSpot中，已经将字符串常量池移出“永久代”， 到了JDK8， 终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRocket、J9一样在本地内存中实现的元空间来代替）。

  根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常.

  运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中，出了类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，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。

• 直接内存

  直接内存（Direct Memory）不是虚拟机运行时数据区域的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。

  直接内存使用Native函数库直接分配堆外内存，然后使用存储在堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

  忽略直接内存也可能导致OutOfMemoryError异常。（各大内存区域加上直接内存超过物理内存，导致其他区域无法扩展）。