Java运行时数据区域

什么是运行时数据区？

运行时数据区域是怎么划分的？

每个部分有什么作用？

什么是运行时数据区？

在JVM执行Java程序的时候，会将JVM所管理的内存切分成若干个区域。 这些被JVM管理的内存区域就是运行时数据区域(Runtime Data Area)。

运行时数据区域是怎么划分的？

主要分为两大部分:

1） 每个线程分配的内存空间，线程独有，其他线程不能访问，生命周期跟随线程的生命周期。
2） 各个线程共享的内存空间，各个线程可以共同访问，生命周期跟随虚拟机生命周期。

运行时数据区域的划分可以用下图表示：

运行时数据区域.png

每个部分有什么作用？

首先看线程共享的两个区域。

Java堆：

• 堆是虚拟机管理的内存中最大的一块。
• 被所有线程共享，在虚拟机启动的时候创建。
• 唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的实例对象和数组都要在堆上分配，但不绝对。
• 垃圾收集器管理的主要区域。
• 可以处于物理上不连续的内存空间中。
• 堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法再扩展时，将会抛出OutOfMemeryError异常。

堆空间继续细分下去的话，就会有新生代和老年代，还有永久代。注意永久代并不属于堆内存中的一部分，同时jdk1.8之后永久代也将被移除，改用metaspace实现。
这样的划分只是为了垃圾回收的时候更加高效，这样的分代是垃圾回收器的概念，CMS ,ParNew，G1 就会有分代的概念， 在ZGC里面，就不进行分代了。

堆空间.png

方法区：

• 也叫做非堆(Non-heap)，被各个线程共享
• 存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
• 不需要连续的物理内存，可以选择固定大小或可扩展
• 可以选择不实现垃圾收集
• 相对较少执行垃圾回收，主要是针对常量池的回收和类型的卸载，回收条件较为苛刻
• 无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemeryError异常

运行时常量池：

• 在JDK1.7中，常量池是在方法区中，JDK1.8就放到了堆里面了。
• Class文件中，有一项信息叫做常量池，用于存放编译期生成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
• 运行时也可以将新的常量放入池中
• 常量池无法申请到内存时，将会抛出OutOfMemeryError异常

再看每个线程独立的内存区域。

程序计数器（PC）：

这个是一个比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。Java多线程分配策略是时间片轮转的策略，所以每个线程都需要建立独立的程序计数器，各个线程之间的计数器互相独立，才能保证，线程恢复执行的时候的字节码行号的准确性。

• 线程独立，生命周期与线程相同，每个线程有自己独立的程序计数器。
• 如果线程正在执行Java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。
• 如果线程正在执行Native方法，计数器则为空（Undefined）。
• 唯一一个虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈：

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型。每个方法执行的同时，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的整个过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

• 线程私有的，生命周期与线程相同。
• 局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型，对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
• 线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
• 如果虚拟机可以动态扩展，当扩展的时候无法申请足够的内存，将抛出OutOfMemeryError异常。

本地方法栈：

和Java虚拟机栈很相似，不同的点是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

甚至有的虚拟机会将虚拟机栈和本地方法栈合二为一。

本地方法的说明：https://csming1995.github.io/2017/03/12/JVM%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E7%AC%94%E8%AE%B0-1/

其实细分下来，每一个部分还是有很多内容需要深入去了解的。如果不结合其他知识，比较难以理解，所以本文并不深入。
参考：《深入理解Java虚拟机》第二版