JVM运行数据区域

java虚拟机运行时数据区

1.程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间,线程私有.可以看做是当前线程执行字节码的行号指示器.在Java虚拟机的概念模型里,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,它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成. 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.

• 如果当前执行的是java字节码,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址
• 如果当前执行的是native方法,这个计数器值则应为空(Undefined)

2.虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的,它的生命周期与线程相同.
虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型:
每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息.每一个方法被调用直至执行完毕的过程.就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程.

• 局部变量表: 局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、foat、long、double)对象引用(reference类型).这些数据类型在局部变量表中怎么存储,占用多少字节,空间是否允许进行扩展都是虚拟机进行决定的.
  reference并不是对象本身,它拥有堆中初始对象的一个"地址指针"或者"一个代表对象的句柄地址".下面会讲这两种的区别

栈区会发生的两种异常:
1.如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverfowError异常.
2.栈区扩展无法获得足够的空间, 将抛出OutOfMemoryError异常.HotSpot虚拟机不支持动态扩展栈区,所以只会在创建线程申请不到内存才会扔出OOM异常

3.本地方法栈

Java本地方法栈(Native Method Stacks),它与虚拟机栈的功能类似,只不过虚拟机栈是为执行Java方法服务,本地方法栈是为执行native方法服务.
我们常用的HotSpot虚拟机将这两个栈区合二为一进行管理了,它也会抛出和虚拟机栈一样的异常

4.堆

Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块,被所有线程共享,虚拟机启动的时候被创建,唯一目的是存储对象实例和数组.
java堆是被垃圾收集器管理的区域,HotSpot中常用的垃圾收集器有:

七种不同的收集器,连线的可搭配使用

垃圾收集器的分类

• 串行收集器(Serial Collector): 只有一条GC线程,它在运行的时候需要暂停用户程序,适合单CPU程序.
• 并行收集器(Parallel Collector): 有多条GC线程,也需要暂停用户程序.
• 并发搜集器(Concurrent Collector): 有一条或多条GC线程,在部分阶段需要暂停用户程序,部分阶段与用户程序并发执行.

垃圾收集算法

• 1.标记-清除算法: 对待回收的对象进行标记直接清除.
  • 缺点: 1.标记和清除的效率不高(效率问题) 2.标记和清除后会产生大量不连续的空间碎片(空间问题)
• 2.复制算法: 用户新生代.将内存划分为相同的A/B凉快,每次只使用一块,当A的内存用完了,就把存活的对象复制到B并清空A的内存.
  • 优点:提高标记的效率,避免了内存碎片
  • 缺点: 1.可用内存缩小为原来的一半(空间问题) 2.当对象存活率低时,复制效率较低
• 3.标记-整理算法: 在老年代, 先执行标记清除,让所有存活的对象都想一端移动,最后清理掉边界以外的内存

对象死亡判断

确认堆内存中哪些对象是存活的,一般有两种方法:

• 引用计数法: 在对象上添加一个引用计数器,每当有一个对象引用它时,计数器加1,当使用完该对象时,计数器减1,计数器值为0的对象表示不可能再被使用.
• 可达性分析法: 当一个对象到GC Roots没有引用链相连(GC Roots到这个对象不可达)时,证明此对象不可用.

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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据.JDK1.8之前HotSpot虚拟机将方法区引入了"堆"中一起管理,通常被称为永久代,很容易造成OOM异常
方法区主要存储是类的元数据:

• 方法数据
• 方法信息(字节码,栈的相关信息,变量的大小)
• 运行时常量池, 静态变量
• 即时编译器编译后的代码缓存等数据

在JDK1.8中,虚拟机团队将永久代(方法区)从HotSpot移除了,并且把类的元数据直接保存在本地内存区,通常称为元空间(Mata Space).

运行时常量池是什么?

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表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用, 这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中.

• 字面量:
  1.文本字符串
  2.八种基本类型的值
  3.被声明为final的常量等

• 符号引用
  1.类和方法的全限定名
  2.字段的名称和描述符
  3.方法的名称和描述符

6.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,但它别频繁使用,也会发生OutOfMemoryError异常.
在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类,引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作.这块空间虽然是本地内存,但是它受本机物理总内存,操作系统进程空间限制等的影响,在进行动态扩展的时候可能发生OutOfMemoryError异常.