java内存管理机制

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成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，有的随着虚拟机的进程启动而存在，有的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（Java SE 7版）》规定，Java虚拟机所管理的内存将包括以下几个运行时数据区域，如下图所示：

java虚拟机运行时数据区.png

1.程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型中，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于这个计数器完成。
各线程之间的计数器互不干扰，独立存储，因此我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果正在执行的是一个Java方法，这个技术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，这个技术器值则为空（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。

2.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的。
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会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
对于此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（当前大部分虚拟机可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许一定长度的虚拟机栈）如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3.本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈实现的功能相同，只不过Java虚拟机栈服务与Java方法（也就是字节码），而本地方法栈服务于Native方法。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没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun Hotspot虚拟机）直接把本地方法栈和虚拟机栈直接合二为一。
与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4.Java堆

对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存最大的一块。被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此区域唯一目的就是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范描述是：所有的对象实例以及数组都哟在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸技术分析技术逐渐成熟，栈上分配，标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所以所有对象在堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。
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）。
Java堆可以处于无力上不连续的内存空间，如果堆没有完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5.方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，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。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

6.运行时常量池

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，接口等信息描述外，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。
运行期间也可能将新的常量放入池中，比如String类的intern（）方法。

7.直接内存

直接内存（Direct Memory）并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。这部分内存频繁使用也会导致OutOfMemoryError异常。
例如NIO（New Input/Output）类，引入一种基于通道与缓存区的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显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
忽略直接内存，这也是导致各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。