Java虚拟机运行时数据区结构

本文部分参考自《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》的中译本和周志明的《深刻理解Java虚拟机》，另加我的理解。原书对Java虚拟机运行时数据区描述只有6页，同时参考其余网络网资料，我的能力所限，不排除存在认知错误。

JVM将程序运行期间使用的内存划分为若干个运行时数据区，其中一些会随着虚拟机启动而建立，随着虚拟机退出而销毁。另一些与线程一一对应，随着线程开始而建立，随着线程结束而销毁。数据区划分以下图所示意：

Java堆（Java Heap）

在JVM中，Java堆是可供各个线程共享的运行时内存区域，是供全部类实例和数组对象分配内存的区域。Java堆在虚拟机启动时被建立，存储了垃圾收集器（GC）管理的各类对象，这些对象没法显式销毁。

Java堆可能发生OutOfMemoryError错误。

方法区（Method Area）

方法区用于存储已被虚拟机加载的类的结构信息，例如：运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码，还包括一些在类、实例、接口初始化时用到的特殊方法。

方法区逻辑上是Java堆的一部分，但JVM规范对方法区限制很是宽松，能够选择不实现垃圾收集。实际由于类型卸载的条件很是苛刻，方法区的垃圾收集效果也不理想。

方法区可能发生OutOfMemoryError错误。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

每一个类或接口的字节码中去了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还包含一个常量池表（constant_pool table），用于存放编译期生成的各类字面值和符号引用，运行时常量池是这个常量池表的运行时表示形式。每一个运行时常量池都在JVM的方法区中分配，在加载类和接口到虚拟机后，就建立对应的运行时常量池。

在建立运行时常量池时，JVM可能会抛出OutOfMemoryError错误。

PC计数器（Program Counter Register）

JVM线程私有，保存当前线程正在执行的字节码指令的地址，若是正在执行的是Native方法，值为undefined，本内存区域没有规定内存错误。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

在初版中也称为Java Stack，每一条JVM线程都有本身私有的Java虚拟机栈，这个栈与线程同时建立，用于存储栈帧（Frame）。

Java虚拟机栈可能发生StackOverFlowError和OutOfMemoryError错误。

本地方法栈（Native Method Stack）

JVM线程私有，和Java虚拟机栈做用相似，Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机执行Native方法服务。JVM规范没有规定本区域如何实现，Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和Java虚拟机栈合成了一个。和Java虚拟机栈同样，本地方法栈也可能抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError错误。

栈帧（Stack Frame）

栈帧是用于存储数据和部分过程结果的数据结构，每次方法调用对应一个栈帧，随着方法调用而建立，随着方法结束而销毁。栈帧的空间分配在Java虚拟机栈中，每一个栈帧包括本身的本地变量表、操做数栈和动态连接（指向当前方法所属类的运行时常量池的引用）。