3 jvm runtime data area 运行时数据区 内存分配

图 4: 运行时数据区

　　运行时数据区是在JVM运行的时候操作系统所分配的内存区。运行时内存区可以划分为6个区域。在这6个区域中，一个PC Register,JVM stack 以及Native Method Statck都是按照线程创建的，Heap,Method Area以及Runtime Constant Pool都是被所有线程公用的。

•  PC寄存器(PC register):每个线程启动的时候，都会创建一个PC（Program Counter，程序计数器）寄存器。PC寄存器里保存有当前正在执行的JVM指令的地址。
• JVM 堆栈(JVM stack)：每个线程启动的时候，都会创建一个JVM堆栈。它是用来保存栈帧的。JVM只会在JVM堆栈上对栈帧进行push和pop的操作。如果出现了异常，堆栈跟踪信息的每一行都代表一个栈帧立的信息，这些信息是通过类似于printStackTrace()这样的方法来展示的。

图 5: JVM堆栈

　　--- 栈帧(stack frame)：每当一个方法在JVM上执行的时候，都会创建一个栈帧，并且会添加到当前线程的JVM堆栈上。当这个方法执行结束的时候，这个栈帧就会被移除。每个栈帧里都包含有当前正在执行的方法所属类的本地变量数组，操作数栈，以及运行时常量池的引用。本地变量数组的和操作数栈的大小都是在编译时确定的。因此，一个方法的栈帧的大小也是固定不变的。

　　--- 局部变量数组(Local variable array)：这个数组的索引从0开始。索引为0的变量表示这个方法所属的类的实例。从1开始，首先存放的是传给该方法的参数，在参数后面保存的是方法的局部变量。

　　--- 操作数栈(Operand stack)：方法实际运行的工作空间。每个方法都在操作数栈和局部变量数组之间交换数据，并且压入或者弹出其他方法返回的结果。操作数栈所需的最大空间是在编译期确定的。因此，操作数栈的大小也可以在编译期间确定。

•  本地方法栈(Native method stack)：供用非Java语言实现的本地方法的堆栈。换句话说，它是用来调用通过JNI(Java Native Interface Java本地接口）调用的C/C++代码。根据具体的语言，一个C堆栈或者C++堆栈会被创建。
  

栈可能出现的问题：

 

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

　　 （1）如果线程请求的栈深度太深，超出了虚拟机所允许的深度，就会出现StackOverFlowError（比如无限递归。因为每一层栈帧都占用一定空间，而 Xss 规定了栈的最大空间，超出这个值就会报错）

　　 （2）虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展到无法申请足够的内存空间，会出现OOM

 

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就会抛出OutOfMemoryError异常。 

• 堆(Heap)：用来保存实例或者对象的空间，而且它是垃圾回收的主要目标。当讨论类似于JVM性能之类的问题时，它经常会被提及。JVM提供者可以决定怎么来配置堆空间，以及不对它进行垃圾回收。

   1）堆是java虚拟机所管理的内存区域中最大的一块，java堆是被所有线程共享的内存区域，在java虚拟机启动时创建，堆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堆内存分配。

（2）堆是GC管理的主要区域，从垃圾回收的角度看，由于现在的垃圾收集器都是采用的分代收集算法，因此java堆还可以初步细分为新生代和老年代。

（3）Java虚拟机规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续的即可。在实现上既可以是固定的，也可以是可动态扩展的。如果在堆内存没有完成实例分配，并且堆大小也无法扩展，就会抛出OutOfMemoryError异常。

 

Java堆内存划分：

根据对象的存活率（年龄），Java对内存划分为3种：新生代、老年代、永久代：

1、新生代：

比如我们在方法中去new一个对象，那这方法调用完毕后，对象就会被回收，这就是一个典型的新生代对象。 

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%都是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块比较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。

当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配担保，所以大对象直接进入老年代。同时，长期存活的对象将进入老年代（虚拟机给每个对象定义一个年龄计数器）。

来看下面这张图：

Minor GC和Full GC：

GC分为两种：Minor GC和Full GC

Minor GC：

　　Minor GC是发生在新生代中的垃圾收集动作，采用的是复制算法。

对象在Eden和From区出生后，在经过一次Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被to区所容纳，那么在使用复制算法时这些存活对象就会被复制到to区域，然后清理掉Eden区和from区，并将这些对象的年龄设置为1，以后对象在Survivor区每熬过一次Minor GC，就将对象的年龄+1，当对象的年龄达到某个值时（默认是15岁，可以通过参数 --XX:MaxTenuringThreshold设置），这些对象就会成为老年代。

但这也是不一定的，对于一些较大的对象（即需要分配一块较大的连续内存空间）则是直接进入老年代

Full GC：

　　Full GC是发生在老年代的垃圾收集动作，采用的是标记-清除/整理算法。

老年代里的对象几乎都是在Survivor区熬过来的，不会那么容易死掉。因此Full GC发生的次数不会有Minor GC那么频繁，并且做一次Full GC要比做一次Minor GC的时间要长。

另外，如果采用的是标记-清除算法的话会产生许多碎片，此后如果需要为较大的对象分配内存空间时，若无法找到足够的连续的内存空间，就会提前触发一次GC。

 

2、老年代：

    在新生代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象就会被放到老年代中。而且大对象直接进入老年代。

 

3、永久代：

    即方法区。

•  方法区(Method area)：方法区是所有线程共享的，它是在JVM启动的时候创建的。它保存所有被JVM加载的类和接口的运行时常量池，成员变量以及方法的信息，静态变量以及方法的字节码。JVM的提供者可以通过不同的方式来实现方法区。在Oracle 的HotSpot JVM里，方法区被称为永久区或者永久代（PermGen）。是否对方法区进行垃圾回收对JVM的实现是可选的。
•   运行时常量池(Runtime constant pool)：这个区域和class文件里的constant_pool是相对应的。这个区域是包含在方法区里的，不过，对于JVM的操作而言，它是一个核心的角色。因此在JVM规范里特别提到了它的重要性。除了包含每个类和接口的常量，它也包含了所有方法和变量的引用。简而言之，当一个方法或者变量被引用时，JVM通过运行时常量区来查找方法或者变量在内存里的实际地址。