JVM内存区域

Java运行时数据区（Java内存区域）

        为更好理解Java内存区域，咱们首先看一下Java程序的执行过程：

        Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀)。而后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件，加载完毕以后，交由JVM执行引擎执行。

        Java虚拟机在执行Java程序的过程当中会把它所管理的内存划分为若干个不一样的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及建立和销毁的时间，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创建和销毁。根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括如下几个运行时数据区域。以下图所示：

 

1 程序计数器

       程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它能够看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各类虚拟机可能会经过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工做时就是经过改变这个计数器的值来选取下一条须要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都须要依赖这个计数器来完成。

       因为Java虚拟机的多线程是经过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个肯定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来讲是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。所以，为了线程切换后能回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，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，咱们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

       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；若是执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。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的区域。

2 Java虚拟机栈

       与程序计数器同样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）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：每一个方法在执行的同时都会建立一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操做数栈、动态连接、方法出口等信息。每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入栈到出栈的过程。

       局部变量表存放了编译期可知的各类基本数据类型（boolean，char，byte，short，int，long，float，double）、对象引用（referee类型，它不等同于对象自己，多是一个指向对象起始地址的引用指针，也多是指向一个表明对象的句柄或者其它与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。

       在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况。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；若是虚拟机能够动态扩展，若是扩展时没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（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的做用是很是类似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码），而本地方法栈则为虚拟机使用到的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、使用方式与数据结构并无强制规定，所以具体的虚拟机能够自由实现它。甚至有的虚拟机（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。

       注：什么是本地方法？简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，好比C。这个特征并不是java所特有，不少其它的编程语言都有这一机制，好比在C＋＋中，你能够用extern "C"告知C＋＋编译器去调用一个C的函数。

4 Java堆

       Java堆（Java Heap）是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。 Java堆是被全部线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时建立。此内存区域的惟一目的就是存放对象实例，几乎全部的对象实例都在这里分配内存。

       Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以不少时候也被称作“GC 堆“（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度来看，因为如今收集器基本都采用分代收集算法，因此Java堆中还能够细分为：新生代和老年代；在细致一点有Eden空间、From Survivor框架等。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓存区。不过不管如何划分，都与存放内容无关，不管哪一个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快地分配内存。

       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，就像咱们的磁盘空间同样。在实现时，既能够实现成固定大小的，也能够是扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（经过=Xmx和-Xms控制）。若是在堆中没有内存完成实例分配，而且堆也没法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5 方法区

       方法区（Method Area）与 Java 堆同样，是各个线程共享的内存区域，它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堆的一个逻辑部分，可是它却有一个别名叫作 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。

       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见的，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。

       根据Java虚拟机规范的规定，当方法去没法知足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

       

参考书目《深刻理解Java虚拟机》