JVM内存模型

       Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把他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建立和销毁。（根据Java虚拟机规范JavaSE7版）。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：

1. 线程私有数据区

1.1  程序计数器（Program Counter Register）

       程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，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来完成。

       Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时间，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储。

       如果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；如果正在执行的是native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

       此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。

自己理解：线程在执行轮流切换的时候，肯定要知道自己执行到哪里了，不然下一次获得CPU时间的话，就乱了，所以程序计数器就是干这个活得，通过改变计数器的值，来选取下一条应该执行的字节码指令。所以应该为每个线程都需要一个独立的程序计数器来记录自己的线程执行的地址（这就成了线程私有的了，所以程序计数器依从该线程的生命周期，线程存在计数器就存在，线程不存在，计数器也就不存在了）。

1.2. Java虚拟机栈

       Java虚拟机栈也是线程私有的，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栈到出栈的过程。

       经常有人把Java内存分为堆内存和栈内存，这种分发比较粗糙，这种分法的流行说明大多数程序员最关注的与对象内存分配关系最密切的内存区域就是这两块。而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说虚拟机栈中局部变量表部分。

       局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、cahr、short、int、long、double、float），对象引用（reference类型，他不等于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是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（指向一条字节码指令的地址）。

       其中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容空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

     在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：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；如果虚拟机可以动态扩展（当前大部分Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

自己理解：虚拟机栈顾名思义就是一个栈结构，当当前线程访问一个方法的时候，就把这个方法的相关信息打包成一个栈帧（是一整块数据），入栈，当方法访问结束时，就把这个栈帧出栈。在编译程序时，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，所以也就知道这个栈帧需要多大的内存空间（动态链接等其他栈帧中的区域大小可能是规定或者变化不大的，所以可以确定，就是这么牛逼，刚接触这个方法，就知道你需要多大的内存空间，可以理解为一个栈帧对应着一个方法）。

1.3. 本地方法栈（Native Method Stack）

       本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，他们之间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方法服务。甚至有的虚拟机如（Sun HotSpot虚拟机）直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。本地方法栈生命周期也和线程一样。

非线程私有

2. Java堆（Java Heap）

       对于大多数应用来说，java堆是java虚拟机所管理的内存中最大一块，java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建，此内存的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存，这一点在java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。但是随着JIT编译器的发展，所有对象都分配在堆上也变得不那么绝对。

       java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收角度看，由于现在收集器都采用分代收集算法，所以java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。线程共享的java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。无论如何划分，都与存放内容无关；无论哪个区域，存放的都仍然是对象实例，进一步划分是为了更好的回收内存或者更快的分配内存。

       Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，主流虚拟机都是按可扩展来实现的。

       如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

自己理解：几乎所有的对象实例都在堆上分配，而栈（虚拟机栈）中只是保存的对象实例的引用（相当于地址），调用的时候，调用引用就可以直接找到在堆上的对象实例。、

3. 方法区（Method Area）

       方法区域java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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。虽然虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是他却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

      对于习惯在HotSpot虚拟机上开发，部署程序的开发者来说，很多人都更愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代手机扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HptSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存代码的工作，对于其他的虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概念的。在目前已经发布的JDK 1.7的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。

       Java虚拟机对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以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，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个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。

       当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

3.1.  运行时常量池（Runtime Constant Pool）

       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。

       运行时常量池相对于Class文件常量池是另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定要只有编译期才能产生，也就是并非预置入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得比较多的就是String类的intern（）方法。

     既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

4. 直接内存（Direct Memory）

       直接内存并不是虚拟机运行时时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也常被使用，而且也可能导致OutOfMemoryError。

       在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，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中提高性能，因为避免了在java堆和Native堆中来回复制数据。

       显然，本机直接内存的分配不会受到java堆中大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。