深入理解JVM(一) -- 自动内存管理机制

　　Java运行时数据区域分为：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，Java堆，方法区，运行时常量池，直接内存，结构如下：

　　1.程序计数器：

　　是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型），字节码解释器工作时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要依赖这个计数器来完成。

　　由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配cpu的处理时间的方式来实现的，所以在任意时刻，一个cpu都只会执行一个线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各个线程之间的程序计数器不会互相影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有“的内存。

　　如果线程执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果执行的是Native方法，这个计数器的值为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemory情况的区域。

　　2.Java虚拟机栈：与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期与线程一致。虚拟机栈描述的是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，方法出入口信息等，一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

　　局部变量表存储了编译器可预知的各种基本数据类型（int，byte，char，short，int，float，long，double），对象引用（refrence类型，不等同于对象本身，指向对象起始地址的引用指针）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

　　这个区域所需要的内存大小是在编译器就确定的，在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常：一是如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将跑出StackOverFlowError异常。二是虚拟机栈动态扩展时如果无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

　　3.本地方法栈：与虚拟机栈发挥的作用相似，区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法提供服务，而本地方法栈则为虚拟机执行Native方法服务。

　　4.Java堆：Java堆是Java虚拟机所管理的最大的一部分内存，堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建，它唯一的目的就是存放对象实例，几乎素有的对象实例都在这里分配内存。

　　堆是垃圾回收器（GC）主要管理的区域，堆可以划分为新年代和老年代，再细致一点有Eden空间，fromSurvivor空间，toSurvivor空间等。进一步的细分是为了在不同的空间针对其特征上采用不同的回收算法，更快的释放内存。堆可以物理上不连续，但是逻辑上连续，也是按照可扩展规范来实现的（通过-Xmx，-Xms来控制），当堆中没有内存能够完成内存分配并且堆已经不能再扩展时，就会抛出OutOfMemoryError异常。

　　5.方法区：与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，与堆内必须执行大多数情况下可以将这部分区域理解为“永久代”，在该区域执行的回收一般是针对类的卸载和常量池的垃圾回收，当方法区无法满足内存分配的需求时，将会抛出OutOfMemoryError。

　　6.运行时常量池：是方法区的一部分。

　　7.直接内存：并不是虚拟机运行时数据的一部分，也不是Java规定的虚拟机规范中内存的范围内，在JDK1.4中引入了NIO（new I/O）类，可以使用native函数库直接分配堆外内存，当各个区域内存总和大于本机总内存且需要动态扩展时，会跑出OutOfMemoryError。