JVM学习笔记一【运行时数据区域】

开篇之前我们先思考以下问题：
1.JVM都有哪些运行时数据区，各数据区的作用是什么？
2.各数据区的生命周期是怎样的？
3.各数据区都可能会出现什么异常？
4.字符串常量池，常量池，运行时常量池到底有什么区别？

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看做当前线程所执行字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型了，字节码解释器工作原理就是通过改变这个计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都依赖这个计数器来完成。

每个线程都需要一个程序计数器，各个线程计数器之间不相互影响，因此程序计数器也是“线程私有”的内存空间。如果当前线程正在执行java方法，那么程序计数器记录的是当前字节码执行的指令地址；如果当前线程执行的是本地方法，那么程序计数器记录为空Undefined。这个区域也是Java虚拟机中唯一一个不会出现OutOfMemoryError的区域。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的一个内存空间，虚拟机栈是用于描述Java方法执行的内存模型；在每个方法执行的时候会创建一个栈帧用于记录局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息；方法的执行到完成的过程，则是一个栈帧从入栈到出栈的过程。

在Java虚拟机中对这个区域规定了两种异常情况，一种是栈的深度大于虚拟机所允许的深度则会抛出StackOverflowError，另一种是栈的深度可以动态扩展，当扩展时无法申请足够的内存空间则会抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈的作用十分类似，不同的是本地方法栈是为本地方法的执行服务的，而Java虚拟机栈则是为Java方法服务的；虚拟机规范中没有对本地方法使用的语言以及数据结构做限制，有的虚拟机甚至将Java虚拟机栈与本地方法栈合二为一，例如HotSpot虚拟机；本地方法栈与Java虚拟机栈一样会出现OutOfMemoryError和StackOverflowError，同时它也是线程私有的一块内存空间。

Java堆

在大多数应用中Java堆是虚拟机所管理的内存最大的一块内，与以上内存空间不同，它是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建；这块区域的主要所有是保存对象实例。Java堆可以细分为新生代，老年代；再细致一点可以分为 Eden，From Survivor，To Survivor。

Java虚拟机规范中规定Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可。Java堆可以是动态扩展的，也可以是固定的，可以通过-Xmx，-Xms来设定；当Java堆无法申请
更多的内存空间时则会抛出OutOfMemoryError。

方法区

方法区与Java堆一样是所有线程共享的一块内存区域，它用于存储Java虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，以及即时编译后的代码等数据；虽然Java虚拟机规范把方法区划分为堆的一个逻辑部分，但它有一个别名叫做Non-Heap(非堆)；目的是将其与Java堆区分开来。

很多人把方法区成为“永久代”，本质上两者并不等价；HotSpot虚拟机设计将GC分代扩展至方法区，或者说用永久代实现了方法区而已，这样垃圾收集齐器可以像管理堆一样管理方法区，其他Java虚拟机的实现是没有“永久代”这样的概念(IBM J9等)；对于HotSpot而言已经开始，已经开始逐步用Native Memory来实现方法区，在JDK1.7中已经将原本放在“永久代”的字符串常量池移出；JDK1.8中方法区改名为元数据区；在这个区域如果无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池

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，接口等描述信息以外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期产生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。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区的限制，当常量池无法再申请内存时便会抛出OutOfMemoryError。

直接内存

，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是随之技术的发展这一部分也被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError的产生，所以放在这里一起说明。

例如JDK1.4中新加入了NIO (New Input/Output)类，引入了Channel与Buffer的I/O方式，它可以使用Native方法直接分配堆外内存，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。

显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存还是会受到本机总内存大小的限制；我们在配置虚拟机参数是，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域的综合大于物理内存限制，从而导致其他区域出现OutOfMemoryError。

总结

区域	职责	作用域	可能异常
程序计数器	描述字节码执行位置	线程	无
虚拟机堆	保存对象实例	虚拟机	OutOfMemoryError
虚拟机栈	描述java方法的执行	线程	StackOverflowError,OutOfMemoryError
本地方法栈	描述本地方法的执行	线程	StackOverflowError,OutOfMemoryError
方法区(元数据区)	保存类信息，常量池等信息	虚拟机	OutOfMemoryError