读书笔记-《深入理解Java虚拟机》-JVM内存模型

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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，这些区域都有各自不同的用途：

程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，属于线程私有区域，此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

作用：
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、线程恢复等都依赖此计数器。

为什么该区域属于线程私有
Java虚拟机的多线程是通过：线程轮流切换，并分配CPU执行时间的方式来实现的（CPU在任何一个确定的时刻只会执行【一条线程】中的指令）。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，不同线程之间互不影响，独立存储。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）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（方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每个方法从调用直至执行完毕，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

注意事项：
- 线程私有区域，生命周期与线程一致。
- 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用
- 64位长度的long和double类型的数据占用2个Slot，其余数据类型只占1个
- 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，运行期间方法入栈时在帧中分配的局部变量空间是确定的，不会发生改变。

本区域的两种异常：
- StackOverflowError
如果线程请求的栈深度大于虚拟机锁允许的深度，则抛出此异常。
- OutOfMemoryError
虚拟机扩展时无法申请到足够的内存时，抛出此异常。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与Java虚拟机栈作用类似，区别在于前者服务于Native方法，而后者服务于Java方法。

虚拟机规范中对应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，因此具体的虚拟机实现方式各自不同。其中Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈 和 Java虚拟机栈合二为一了。

和Java虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

• 此区域的作用是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
• 该区域是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
• 该区域是垃圾回收器管理的主要区域
• 从内存回收中分代收集的角度看，该区域可分为：新生代和老年代。
• 该区域的内存空间可以是不连续的，只要逻辑上连续即可（类似磁盘空间）
• 如果对中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，抛出OutOfMemoryError异常

方法区

• 方法区（Method Area）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
• 如果GC分代收集扩展至方法区，那么该区域一般被称为“永久代”。但是不同的虚拟机对此的定义，有所不同。
• 垃圾回收在此区域比较少出现，一般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

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（Constant Pool Table），用于存放编译器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文件常量池而言更具动态性。
• 受方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError

直接内存

• 在JDK1.4中引入了NIO类，一种基于通过（Channel）与缓冲区（Buffer）的IO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。由于变了在Java堆和Native堆中来回复制数据，因此在一些场景中可以显著提高性能。
• 直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据的一部分
• 直接内存的分配不会受Java堆内存大小的限制，但是受本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。