Java 虚拟机内存构成

图1. Java 虚拟机运行时数据区

一、程序计数器

作用

当前线程所执行的字节码的行号指示器。

特点

• 占用较小内存空间
• 执行字节码的行号指示器
• 线程独立
• 不会产生空指针异常
• 一个处理器（内核）只会执行一条线程的指令

二、虚拟机栈：

作用

描述 Java 方法（JVM 最基本执行单元）执行的线程内存模型。

栈帧

用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。

栈帧构成

• 局部变量表
  • 编译期可知的基本类型（boolean、byte、char、short、long、float、long、double）
  • 对象引用（reference 类型，非对象本身。可能是对象指向起始地址的引用指针，也可能是指向代表对象的句柄或其他与对象相关位置）
  • returnAddress 类型（指向了一个字节码指令地址）
• 操作数栈
• 动态连接
• 方法出口

特点：

• 线程私有
• 生命周期与线程相同。
• 每个方法创建时，同步创建一个栈帧。
• 从方法调用到执行完毕，对应栈帧入栈到出栈全过程。
• 局部变量表数据以局部变量槽来存储，64 位长度的 long 和 double 类型的数据占用两个变量槽，其余占用一个。在编译器已经分配好槽数量，方法执行时不会改变槽数量。
• 会产生两种异常：
  1. 若线程请求深度大于虚拟机允许的深度，抛出 StackOverflowError 异常；
  2. 若 JVM 栈容量可扩展且扩展时无法申请到足够的内存则抛出 OutOfMemoryError 异常。

三、本地方法栈

特点

• 与虚拟机栈功能类似，本地方法栈为本地（Native）方法服务。
• 部分虚拟机中，虚拟机栈和本地方法栈合并在一起
• 与虚拟机栈一样，会产生两种异常：
  1. 若线程请求深度大于虚拟机允许的深度，抛出 StackOverflowError 异常；
  2. 若 JVM 栈容量可扩展且扩展时无法申请到足够的内存则抛出 OutOfMemoryError 异常。

四、Java 堆

作用

几乎所有对象实例都是在这里分配内存。

特点

• 虚拟机管理的内存中最大的一块内存区域
• 物理内存可不连续，但是逻辑内存是连续的
• 所有线程共享
• 启动时由虚拟机创建
• Java 堆没有内存完成实例分配，且无法扩展时，抛出 OutOfMemoryError 异常。

五、方法区

作用

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。又叫做“非堆”。

特点

• 物理内存可不连续，但是逻辑内存是连续的
• 所有线程共享
• 如果无法满足新的内存分配需要，抛出 OutOfMemoryError 异常。

运行时常量池

• 作用：
  存放编译期生成的各种字面量与符号引用
• 特点：
  • 属于方法区的一部分
  • 具备动态性，除了编译期产生外，运行期间也可以产生，例如：String.intern()。
  • 不同提供商可按自己需要实现此区域

六、直接内存

特点

• 不是虚拟机运行时数据区的一部分，不属于 Java 虚拟机规范中定义的内存区域
• 不受 Java 堆内存大小的限制
• 剩余物理或操作系统级的内存不足以完成直接内存分配，抛出 OutOfMemoryError 异常。

用途

JDK 1.4 中，NIO 引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O 方式，可直接使用Native函数直接分配堆外内存，并通过储存在 Java 堆里面的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，从而提升性能。