JVM运行时内存分区

JVM所管理的内存分为以下几个运行时数据区：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区。

1、线程私有区

顾名思义，所谓线程私有区，就是每个线程运行时独享的内存区域，每个线程独享的内存区域又可分为三个部分。

1.1、程序计数器(Program Counter Register)

几乎所有的程序里都需要一个程序计数器，来选取下一条需要执行的指令。

这里可把它看做是线程所执行字节码的行号指示器，通过改变这个PC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、线程恢复等功能都要这个计数器来完成。

为了保证在Java多线程中，每个线程轮流切换后能恢复到正确的执行位置，因此每个线程都需要一个PC计数器，互不影响。

如果线程正在执行的是一个JAVA方法，PC记录的就是下一条需要执行的字节码指令地址（行号）;
如果正在执行是一个native方法，则值为空（Undefined）。
注： 这是JVM虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 的区域。

1.2、Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

和PC一样，它也是线程私有的，生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是Java中方法调用执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame），栈帧中存储着局部变量表、操作数栈、 方法出口、引用、动态链接等信息，每一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表中存储着8种基本数据类型boolean、byte、char、short、 int、float、long、double，对象引用（一个指向堆中对象起始地址的指针，或者是指向代表对象的句柄），还有返回地址类型（ReturnAddress,指向了一条字节码指令的地址）。

我们一般的说的栈就是指这一块区域。

1.3、本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务（也就是字节码），而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

Java虚拟机规范对本地方法栈使用的语言、使用方法与数据结构并没有强制规定，因此可以由虚拟机自由实现。例如：HotSpot虚拟机直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

同虚拟机栈相同，Java虚拟机规范对这个区域也规定了两种异常情况StackOverflowError 和 OutOfMemoryError异常。

2、共享内存区域

2.1、Heap堆

Java堆是被所有的线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。Java堆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.

Java堆是垃圾回收器管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆可以细分为：新生代、老年代；从内存分配的角度看，线程共享的Java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation BufferTLAB）；不论如何划分，都与存放的内容无关，无论哪个区域，存储的仍然是对象实例。

Java虚拟机规范规定，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。如果在堆上没有内存完成实例分配，并且堆上也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.2、方法区（Method Area）

方法区也是被所有的线程共享的一块内存区域。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。

Java虚拟机规范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之外，还可以选择不实现垃圾回收。

这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载，一般而言，这个区域的内存回收比较难以令人满意，尤其是类型的回收，条件相当苛刻，但是这部分区域的内存回收确实是必要的。

Java虚拟机规范规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.1、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，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。 运行时常量池相对于Class文件常量池的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比较多的就是String类的intern()方法。

直接内存(DirectMemory)

直接内存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，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

JDK 1.4中新加入了NIO(NEW Input/Output)类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，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堆里面的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。

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OOM。

总结：

• 程序计数器：行号指示器；空间小，最快；线程私有；不会有OOM
• Java虚拟机栈：Java方法执行的内存模型,用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息；线程私有；StackOverFlowError,OOM
• 本地方法栈：和Java虚拟机栈发挥的作用非常相似，但是是为Native方法服务。
• Java堆：存放对象实例；线程共享；OOM
• 方法区：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；线程共享；OOM
• 运行时常量池：方法区的一部分；线程共享；存放编译期生成的各种字面量和符号引用；OOM
• 直接内存：直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现；新NIO利用了直接内存，效率高