深入理解java虚拟机 第2章（一）：Java内存区域

运行时数据区域

jvm将内存划分成若干个不同的数据区域，各区域各有用途，各自的创建，销毁时间。

jvm运行时数据区示意图

1、程序计数器

较小的一块内存空间，当前线程所执行的字节码的行号指示器。
java多线程是通过线程轮流切换并分配处理器的执行时间来实现，任一时刻，处理器只会执行一条线程中的指令，对于多线程之间的执行位置需要互不影响，因此每条线程需要一个对应的单独的计数器，便于处理器能正确切换到每个线程的执行位置。各计数器互不影响，独立存储。——这一类的内存区域为“线程私有”。

线程执行的是java方法，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址
线程执行的是native方法，计数器为空。

此内存区域是唯一的没有任何OutOfMemoryError情况的区域

总结：线程私有，没有OutOfMemoryError情况。

2，java虚拟机栈

虚拟机栈是java方法执行的内存模型。java方法执行时，会创建一个栈帧（局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息），每个方法从调用到完成的过程，就是一个栈帧在虚拟机栈中，入栈到出栈的过程。

栈帧是方法运行时的基础数据结构

虚拟机栈中需要关注度是局部变量表部分，存放编译期可知的基本数据类型，对象引用，和returnAddress类型。

Reference类型：不同于对象本身，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相关的位置

returnAddress类型：指向一条字节码指令的地址。

局部变量表所需的内存空间，在编译期完成分配，方法在编译期间需要在栈帧中分配的局部变量空间是完全确定的，方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

这个区域会出现两种异常：
1，线程请求栈的深度大于虚拟机设定的深度，抛出StackOverFlow异常
2，虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常

总结：虚拟机栈的内存是线程私有，关注局部变量表区域，栈帧过程，抛出两种异常：StackOverFlow，OutOfMemoryError

3，本地方法栈

类似与虚拟机栈，区别在与虚拟机执行java方法，本地方法栈执行的是native方法。

有的虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一（Sun HotSpot虚拟机）

也会抛出StackOverFlow和OutOfMemoryError异常。

4，java堆

java堆是jvm所管理的内存中最大的一块区域，被所有线程共享。java堆的唯一目的就是存放对象实例。

The heap is the runtime data area from which memory for all classes instances and arrays is allocated

java堆是一块为所有对象实例以及数组分配内存的运行时数据区域

java堆是GC管理的主要区域，也称为“GC堆”，gc基本采用分代收集算法，因此java堆可划分为新生代和老年代，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，更快的回收内存。

java**堆物理可以不连续，只要逻辑连续即可，可扩展**(通过-Xmx，-Xms配置)，当堆中没有足够内存来完成实例分配，则抛出OutOfMemoryError错误。

5，方法区

线程之间共享，存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态常量。即时编译器编译后的代码等数据。

在HotSpot虚拟机1.7规范发布之前，GC分代收集扩展至方法区，该区域也被称为“永久代”，这样gc可以管理方法区的这部分内存区域，但是，如此一来容易遇到内存溢出的问题(永久代有-XX:MaxPermSize上限)，另外少数方法会因为这个原因，在不同虚拟机下出现不同的表现。(String的intern方法)，在Java1.7+ HotSpot中后，把原本放在永久代中的字符串常量池移出。

java方法区物理上可不连续，可扩展，可以不实现垃圾收集。当方法区的内存分配不满足需求时，抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

属于方法区一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。class文件中包含类的版本，字段，方法等信息描述，还包括常量池，常量池的信息将在class加载之后，进入方法区的运行时常量池中存放。

jvm对应运行时常量池没有严格要求，不同的jvm厂商可以自行实现该内存区域。

除了在编译期class文件信息的常量池信息外，运行期间也可以动态的将新的常量放入运行时常量池中，因此具备动态性，该特性利用最多的是String类的intern方法。

当常量池无法申请到足够的内存时，抛出OutOfMemoryError异常。

总结：运行时常量池；具备动态性，可由不同jvm厂商自行实现。

直接内存

不是运行时数据区的一部分，非jvm规范定义的区域，而是单独划分出来的受限与本机内存的一块内存区域。

java NIO的引入，基于channel和buffer的一种I/O方式，使用Native函数直接分配堆外内存，通过在堆中的DirectByteBuffer对象来引用这块内存进行操作，避免了java堆和Native堆中复制数据的过程，提高了性能。

受本机总内存的限制，以及处理器寻址空间的限制。在配置服务器的内存大小参数过程中，往往忽略直接内存的这一块分配空间，因此会导致动态扩展分配直接内存时，出现OutOfMemoryError错误。