深刻理解java虚拟机——jvm内存

1.程序计数器

为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都须要有一个独立的程序计数器。若是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的地址；若是正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undenifined）。

此内存区域是惟一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError状况的区域。

2.java虚拟机栈

也是线程私有的，生命周期与线程相同。描述的是java方法执行的内存模型：无法方法在执行的同时都会建立一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量、操做数栈、动态连接、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站到出站的过程。

java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的深度，将抛出StackOverflowError异常；若是虚拟机展能够动态扩展（当前大部分的java虚拟机均可动态扩展，只不过java虚拟机规范中也容许固定长度的虚拟机栈），若是扩展是没法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3.本地方法栈

为虚拟机使用到的Native方法服务。有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

与虚拟机栈同样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4.java堆

根据java虚拟机规范的规定，java堆能够处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的便可。首先是，既能够固定大小也能够是可扩展的，当前主流虚拟机都是可扩展的。

若是堆中没有内存完成实例分配，而且堆也没法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

①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。虽然java虚拟机规范把方法区描述为对的一个逻辑部分，可是它却有一个别名叫作Non-Heap（非堆），目的应该是与java堆区区分开来。

对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来讲，不少人都更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上二者并不等价，仅仅是由于HotSpot虚拟机的设计团队选择吧GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java对同样管理这部份内存，省去专门为方法区编写内存管理的代码的工做。其余虚拟机（BEA JRockit、IBM J9）来讲是不存在永久代的概念的。
原则上， 如何实现方法区属于虚拟机实现细节， 不受虚拟机规范约束， 但使用永久代来实现方法区， 如今看来并非一个好主意， 由于这样更容易遇到内存溢出问题（ 永久代有-XX： MaxPermSize的上限， J9和JRockit只要没有触碰到进程可用内存的上限， 例如32位系统中的4GB， 就不会出现问题） ， 并且有极少数方法（ 例如String.intern（ ） ） 会因这个缘由致使不一样虚拟机下有不一样的表现。 所以， 对于HotSpot虚拟机， 根据官方发布的路线图信息， 如今也有放弃永久代并逐步改成采用Native Memory来实现方法区的规划了[1]， 在目前已经发布的JDK 1.7的HotSpot中， 已经把本来放在永久代的字符串常量池移出。

Java虚拟机规范对方法区的限制很是宽松， 除了和Java堆同样不须要连续的内存和能够选择固定大小或者可扩展外， 还能够选择不实现垃圾收集。 相对而言， 垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的， 但并不是数据进入了方法区就如永久代的名字同样“ 永久” 存在了。 这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载， 通常来讲， 这个区域的回收“ 成绩” 比较难以使人满意， 尤为是类型的卸载， 条件至关苛刻， 可是这部分区域的回收确实是必要的。 在Sun公司的BUG列表中， 曾出现过的若干个严重的BUG就是因为低版本的HotSpot虚拟机对此区域未彻底回收而致使内存泄漏。根据Java虚拟机规范的规定， 当方法区没法知足内存分配需求时， 将抛出OutOfMemoryError异常。

②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（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各类字面量和符号引用，这部份内容将在类加载后进入方法去的运行时常量池中存放。

运行时常量池相对于CLass文件常量池的另一个重要特征是具有动态性，Java语言并不要求常量必定只有编译期才能产生，也就是并不是预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

既然运行时常量池是方法区的一部分，天然受到方法区内存的限制，当常量池没法再申请到内存是会抛出OutOfMemoryError异常。

③直接内存

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。

jdk1.4中新加入了NIO(New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可使用Native函数库直接分配堆外内存，而后经过一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象做为这块内存的引用进行操做。因避免了在java堆和native堆来回复制数据，显著提升了性能。

动态扩展时，各内存区域总和大于物理内存限制会出现OutOfMemoryError异常。