详解Java虚拟机内存各个区域

1. 概述

   对于java程序员来说，不必手动写代码去管理内存，因为虚拟机的自动内存管理机制会帮我们做，但是一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的话，那么排查错误将会变得困难。

 

2. 运行时数据区域

   Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁时间，有的随虚拟机启动而存在，有的则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

    根据《Java虚拟机规范》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域，如下图：

    

 

                                                          图  Java虚拟机运行时数据区

 

2.1  程序计数器（独立内存）

     程序计数器(Program Counter Register)是一块很小的内存空间，它可以看着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，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需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需要依赖这个计数器完成。

    在多线程的情况下，为了线程切换能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的计数器各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存为"线程私有"的内存。

 2.2  Java虚拟机栈(独立内存)

     与程序计数器一样，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：每个方法在执行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。(栈帧也叫活动记录：所存储的信息)。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中入栈到出栈的过程。

扩展栈模型信息:

    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(refreence类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可以是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址).

      64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用一个。

       局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进行一个方法时，这个方法需要的帧中分配多大的局部变量空间是已经确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

 2.3  本地方法栈(独立内存)

    本地方法栈(Native Method Stock)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法(百度说是Java中声明的可调用的C/C++实现的方法)服务。

 2.4  Java堆(共享内存)

     对于大多数应用来说，Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。

    Java堆是被所以线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。几乎所有的对象实例都是在这里分配内存。

    实例变量会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。

    Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也叫“GC堆”。

2.5  方法区(共享内存)

    该区域用于存储已被虚拟区加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

2.6  运行时常量池

    运行时常量池(Runtime Constant Pool)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，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。

扩展:

    字面量：比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、声明为final的常量值等。

    符号引用：属于编译原理方法的概念，包括以下三类常量：

    1.类和接口的全限定名     2.字段的名称和描述符      3.方法的名称和描述符