自动内存管理——JAVA内存区域

1、运行时数据区域（JVM内存模型或JVM内存结构）

运行时数据区域包括：程序计数器（PC寄存器）、虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区（运行时常量池是方法区的一部分）

• 程序计数器

1. 程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器，通过改变计数器的值来选取下一条字节码指令去执行。
2. 每个线程都有一个程序计数器，各线程间的计数器相互独立、互不影响。
3. 如果线程执行的是Java方法，那么计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址；如果执行的是本地方法，那么计数器值为空（Undefined）。
4. 此内存区域是唯一没有内存溢出（OutOfMemoryError）的区域。

• Java虚拟机栈

1. Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型。
2. Java虚拟机栈存放着一个个栈帧，每个栈帧对应一个被调用的方法。一个栈帧包括局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。
3. 每个方法被调用时，虚拟机都会创建一个栈帧。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Java虚拟机栈从入栈到出栈的过程。
4. 局部变量表存放了各种基本数据类型（boolean、byte、int......）、对象引用（reference类型，指向对象相关位置的引用指针）和returnAddress类型（指向字节码指令的地址）。局部变量表通过局部变量槽（Slot）来存储这些数据类型，32位以内的数据类型各占一个槽，64位的long、double类型要占用两个变量槽。变量槽的大小是由虚拟机决定的，这里按32位来分析。
5. 当进入一个方法时，给它分配的局部变量空间是确定的，也就是说运行期间局部变量表大小不变（大小指变量槽数量）。
6. Java虚拟机栈的内存异常情况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可动态扩展，那么当扩展无法申请到足够内存时则抛出OutOfMemoryError异常。

• 本地方法栈

1. 作用与Java虚拟机栈相似，区别：Java虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法服务的；本地方法栈是为虚拟机使用本地方法服务的。
2. Java方法与本地方法的区别：Java方法就是用Java语言实现的方法 ，本地方法就是用其他语言实现的方法。
3. 本地方法栈的内存异常情况与Java虚拟机栈相同。

• Java堆

1. Java堆是虚拟机内存最大的一块，是所有线程共享的一块区域，在虚拟机启动时创建。
2. Java堆的作用就是存放对象实例，是垃圾收集器管理的内存区域，因此也叫“GC堆”。
3. Java堆可以划分出多个线程私有的分配缓冲区，以提升对象分配时的效率。
4. Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上需要是连续的。
5. Java堆可以是固定大小的，也可以是可扩展的（通过参数-Xmx和-Xms来设置）。
6. Java堆的内存异常情况：当Java堆中没有内存可以分配给对象实例且无法再扩展时，会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区

1. 方法区的作用是存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、代码缓存等数据。
2. 方法区除了和Java堆一样不需要连续内存、可以固定大小也可以扩展之外，还可以不实现垃圾回收。方法区的垃圾回收主要针对常量池的回收以及对类型的卸载。
3. 方法区的内存异常情况：当方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
4. 运行时常量池是方法区的一部分。在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，用来存放编译期间生成的字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到运行时常量池中。
5. 运行时常量池相对于Class文件常量池的区别是：Class文件常量池的格式有严格的规定，而运行时常量池没有；运行时常量池具备动态性。

• 直接内存

1. 直接内存不属于运行时数据区域的一部分。NIO类可以使用本地函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存放在Java堆的对象作为引用进行操作，从而提高性能。
2. 直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但是受虚拟机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
3. 直接内存的内存异常情况：当动态扩展导致各个内存区域总和大于物理内存限制时，将抛出OutOfMemoryError异常。

2、总结

线程共享的内存区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
线程私有的内存区域：方法区、Java堆