深入理解Java虚拟机(1)

Java内存区域

对于Java程序员来说，在虚拟机的自动内存管理机制下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete和free代码，不容易出现内存泄露和内存溢出问题，可以直接交给虚拟机进行管理。

一. 运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的区域依赖用户进程的启动和结束而创建和销毁。

Java虚拟机所管理的内存会包括以下几个运行时数据区域：

一.程序计数器

程序计数器(PCR)是一块较小的内存空间，线程私有。它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在jvm的概念模型里，字节码解释器工作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，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。

如果线程正在执行的是一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的jvm字节码指令的地址；如果正在执行的是本地(Native)方法，这个计数器值则为空。

二.虚拟机栈

与程序计数器一样，JVM栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。JVM栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在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。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

    局部变量表中存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象的引用类型。局部变量表中需要的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

 

平时我们所指的“栈”指的是虚拟机栈中局部变量表部分。

虚拟机栈的两种异常情况:

1.如果线程请求栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常

2.如果虚拟机可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

三.本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常的相似，他们之间的区别是虚拟机栈为虚拟机执行JAVA方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

四.Java堆

java堆是jvm内存管理中最大的一块，线程共享。在jvm启动的时候创建。此区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。但是随着JIT编译器（即时编译器）的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙变化（对象可能会分配到栈上），所以这种所有对象都分配在堆上也不是那么绝对的。

java堆细分为新生代和老年代，新生代又分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的仍然是对象实例。进一步划分是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

五 方法区

方法区（Method Area）也是各线程共享的内存区域，用于存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、编译后的代码等数据看，其还有一个别名叫Non-Heap(非堆)，与java堆加以区分。在HotSpot虚拟机上，也可叫做“永久代”（Permanent Generation）,本质上不等价（HotSpot将GC收集扩展到了该区域）。

若要对该区域进行GC，主要是回收常量池以及对类型的卸载。该区域在内存满后也会抛出OutOfMemoryError异常。

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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，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。运行时常量池具备动态性，java语言不单单在编译期间会产生常量，在运行期间也可能将新的常量放入运行时常量池中。当常量池无法申请到内存是会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存（Direct Memory）不是虚拟机运行时数据区域的一部分，也不是JVM规范中定义的内存区域，但其也频繁被使用。自JDK1.4后，引入了基于通道（Channel)与缓冲区的I/O方式，它可以使用native函数库直接分配堆外内存，并通过java堆中的DirectByteBuffer对象操作该块内存。避免了java堆和native堆之间的数据复制，提高了性能。
本机直接内存不受java堆大小限制，但是受本机总内存大小和处理器的寻址空间限制。在动态扩展时也会抛出OutOfMemoryError异常。

参考文献：深入理解Java虚拟机 周志明著